Análisis comparativo de la respuesta dinámica entre un sistema a porticado y un sistema dual de hormigón armado de un edificio de seis niveles, mediante el programa etabs aplicando la norma nec 2015

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(1)FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL. TEMA: “ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA RESPUESTA DINÁMICA ENTRE UN SISTEMA APORTICADO Y UN SISTEMA DUAL DE HORMIGÓN ARMADO DE UN EDIFICIO DE SEIS NIVELES, MEDIANTE EL PROGRAMA ETABS APLICANDO LA NORMA NEC-2015.” AUTORES: ARANA LLERENA EDWIN LEONEL. PALACIOS CORREA LENIN ALEJANDRO. TUTOR: ING. MARCELO MONCAYO THEURER, MSc. GUAYAQUIL, ABRIL, 2019..

(2) ii. AGRADECIMIENTO Al culminar el trabajo de titulación agradezco a Dios, quién me guio hasta el final de mi carrera, a mis padres; Sergio Arana y Máxima Llerena, quienes son el pilar fundamental durante toda mi etapa como estudiante, mil agradecimientos para ellos. A mi tutor Ing. Marcelo Moncayo que nos guio a lo largo del proceso de titulación y a todos los docentes de esta noble institución formadores de profesionales, que pusieron un granito de conocimiento en mí.. EDWIN ARANA..

(3) iii. AGRADECIMIENTO El camino ha finalizado, gracias a todas las personas que participaron de una forma u otra en este bello pero difícil camino, mi vida universitaria. Agradezco a mis amigos y principalmente a mis hermanos que estuvieron siempre y me apoyaron moral y económicamente. A mi familia pilar fundamental en mi vida, a mis hermanas, tíos, a mi papá Lenin y a mi mamá Rosy mil gracias, como lo dije siempre mis triunfos serán también los suyos.. LENIN PALACIOS..

(4) iv. DEDICATORIA.. Dedico este trabajo a mis padres queridos, por el apoyo que siempre lo he tenido por parte de ellos, quienes siempre han estado en todo momento en este camino para lograr mi objetivo propuesto y a mi Dios quien me permite ser profesional.. Con mucho cariño dedicado principalmente a ellos.. EDWIN ARANA..

(5) v. DEDICATORIA Dedico éste importante logro a Papá y Mamá por el apoyo constante y por todo el esfuerzo que hicieron, lo cual me permitió terminar con mi carrera universitaria. A mi compañera de vida, que estuvo desde el comienzo de este camino y que nunca dejó que flaqueara. Y como siempre desde niño, todos mis triunfos serán para ustedes Violeta y Eudoro.. LENIN PALACIOS..

(6) vi. Declaración expresa.

(7) vii.

(8) viii.

(9) ix. Tribunal de graduación.. ____________________________ Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, MSc. Decano.. ___________________________ Vocal. ____________________________ Ing.Douglas Iturburu Salvador, MSc. Revisor.. _________________________ Vocal.

(10) x. RESUMEN La presente investigación trata de un análisis comparativo entre varios modelos y sistemas estructurales como son el sistema “Dual” y “Aporticado”, diseñados con la ayuda del software “Etabs”. Se realizó una valoración económica y una estructural desde el punto de vista dinámico, se determinaron variables que en este caso fueron cada una de las características dinámicas del modelo estructural, tales como el periodo, deriva, cortantes, momentos, deformación. Usando los resultados estructurales dinámicos obtenidos procedimos a realizar una valoración de cada variable con un rango que va del 1 al 10. El mismo procedimiento se hizo con la valoración económica con el objeto de comparar las valoraciones estructurales y de costo para así de esta forma determinar cuáles serían los modelos que mejor se comportan ante una excitación dinámica, además se realizó una comparación entre los mejores modelos versus el modelo original, para determinar en qué manera mejoró dicho modelo. Palabras clave:ANÁLISIS - COMPARATIVO - DINÁMICO - DUAL - APORTICADO..

(11) xi. ABSTRACT The present investigation deals with a comparative analysis between several models and structural systems such as the "Dual" and "Aporticado" systems, designed with the help of the software "Etabs". An economic and a structural assessment was carried out from the dynamic point of view, variables were determined that in this case were each one of the dynamic characteristics of the structural model, such as the period, drift, cutting, moments, deformation. Using the dynamic structural results obtained we proceeded to make an assessment of each variable with a range that goes from 1 to 10. The same procedure was done with the economic valuation in order to compare the structural and cost assessments so as to determine which would be the models that best behave before a dynamic excitement, in addition a comparison was made between the best models versus the original model, to determine in what way that model improved. Keyword: ANALYSIS - COMPARATIVE - DYNAMIC - DUAL – APORTICATED..

(12) xii. INDICE GENERAL.. Capítulo I GENERALIDADES. 1. Introducción. ................................................................................................. 1 1.1. Planteamiento del problema ................................................................... 2. 1.2. Objetivos de la investigación................................................................... 2. 1.3. Objetivo general ...................................................................................... 2. 1.4. Objetivos específicos .............................................................................. 2. 1.5. Justificación e importancia ...................................................................... 3. 1.6. Aporte científico ...................................................................................... 3. 1.7. Alcance ................................................................................................... 3. 1.8. Antecedentes. ......................................................................................... 4. 1.9. Ubicación geográfica del estudio. ........................................................... 4. 1.10. Limitación del problema. ...................................................................... 5.

(13) xiii. Capitulo II MARCO TEORICO. 2.1. Columna.................................................................................................. 6. 2.2. Viga. ........................................................................................................ 6. 2.3. Losas. ..................................................................................................... 7. 2.4. Cimentación. ........................................................................................... 8. 2.5. Muro estructural (diafragma vertical). ..................................................... 9. 2.6. Clasificación de Muros estructurales. ................................................... 11. 2.6.1. Según su esbeltez. ......................................................................... 11. 2.6.2. Según su sección transversal. ........................................................ 13. 2.6.3. Según Variaciones en Elevación. ................................................... 14. 2.7. Modo de falla de un muro estructural. ................................................... 15. 2.8. Comportamiento de muros en voladizo................................................. 16. 2.9. Pórtico. .................................................................................................. 18. 2.10. Etabs. ................................................................................................ 18. 2.11. Módulo de Elasticidad. ....................................................................... 19. 2.12. Rigidez. .............................................................................................. 21. 2.13. Resistencia. ....................................................................................... 22. 2.14. Resistencia a la compresión del concreto. ........................................ 23. 2.15. Deformación. ..................................................................................... 23. 2.16. Diafragmas. ....................................................................................... 24.

(14) xiv. 2.17. Refuerzo transversal. ......................................................................... 25. 2.18. Altura de piso. .................................................................................... 25. 2.19. Cortante basal de diseño. .................................................................. 26. 2.20. Deriva de piso. ................................................................................... 26. 2.21. Período de vibración. ......................................................................... 26. 2.22. Periodo de vibración fundamental. .................................................... 26. 2.23. Tipos de Sistemas de estructuración. ................................................ 27. 2.24. Pórtico especial sismo resistente con muros estructurales .................. (sistemas duales según la NEC 2015). .............................................. 29. 2.25. Una buena estructuración según Rochel Awad. ................................ 30. 2.26. Sismicidad y Peligrosidad Sísmica. ................................................... 32. 2.27. Sismicidad en el Ecuador. ................................................................. 36. 2.28. Norma ecuatoriana de la construcción. ............................................. 39. 2.29. Coeficiente de perfiles de suelo FA, FD, Y FS (NEC, 2015): ............. 45. 2.29.1. Fa: Coeficiente de amplificación de suelo ...................................... en la zona de período corto......................................................... 45. 2.29.2. Fd: amplificación de las ordenadas del espectro elástico ............... de respuesta de desplazamientos para diseño en roca. ............ 46. 2.29.3. Fs: comportamiento no lineal de los suelos. ............................... 46. 2.30. Espectro elástico horizontal de diseño .................................................. en aceleraciones (NEC, 2015). ......................................................... 47. 2.31. Sistema de grados de libertad. .......................................................... 51. 2.32. Integral de duhamel. .......................................................................... 54. 2.33. Método de Rayleigh. .......................................................................... 54. 2.34. Método Euler- LaGrange. .................................................................. 55.

(15) xv. 2.35. Método de la energía liberada. .......................................................... 62. 2.36. Método de proceso estocástico. ........................................................ 66. 2.36.1. Descripción del método Estocástico. .......................................... 66. Capítulo III METODOLOGIA DE TRABAJO. 3.1. Normas aplicables. ............................................................................... 68. 3.2. Unidades de medidas. .......................................................................... 68. 3.3. Calidad de los materiales. ..................................................................... 69. 3.4. Hipótesis de cargas. ............................................................................. 69. 3.5. Cómputos de carga. .............................................................................. 70. 3.5.1. Pre dimensionamiento de columnas. ............................................. 71. 3.5.2. Pre dimensionamiento de vigas: .................................................... 72. 3.5.3. Pre dimensionamiento de losa. ...................................................... 75. 3.6. Pre dimensionamiento de muros. ......................................................... 76. 3.7. Aspectos sísmicos. ............................................................................... 78. 3.7.1. Coeficientes de aceleración horizontal Cs. ..................................... 78. 3.7.2. Selección del perfil de suelo: E ...................................................... 81. 3.7.3. Selección de coeficientes Fa, Fd, Fs. ............................................. 82. 3.7.4. Clasificación según el Importancia. ................................................ 84. 3.7.5. Factor de reducción de la respuesta R. .......................................... 84. 3.7.6. Coeficientes de Irregularidad en Planta y Elevación. ..................... 84.

(16) xvi. 3.7.7. Calculo del Peso sísmico W. .......................................................... 84. 3.7.8. Datos para el espectro de respuesta de la ciudad de Manta. ......... 86. 3.7.9. Grafico del espectro elástico e inelástico para la .............................. ciudad de Manta. ............................................................................ 87. 3.8. Metodología de análisis del sistema estructural. ................................... 88. 3.8.1. Descripción del modelado en Etabs del edificio aporticado............ 88. 3.8.2. Descripción del modelado en Etabs del edificio dual. .................. 102. 3.8.3. Tipos de configuraciones usadas para el analisis. ....................... 104. Capítulo IV ANALISIS COMPRARATIVO. 4.1. Variables a considerarse dentro de la valoración estructural. ............. 110. 4.2. Periodo Natural. .................................................................................. 110. 4.3. Deriva máxima. ................................................................................... 110. 4.4. Deformación máxima. ......................................................................... 111. 4.5. Momentos (Ton*m). ............................................................................ 111. 4.6. Cortante (Ton)..................................................................................... 112. 4.7. Cortante máxima en muros (Tonf). ..................................................... 113. 4.8. Porcentajes de cortantes en muro. ..................................................... 114. 4.9. Obtención de resultados de las variables analizadas .............................. para las diferentes configuraciones de muros..................................... 114. 4.10. Verificación de la masa participantes en los primeros 3 modos. ..... 118.

(17) xvii. 4.11. Verificación de Sistemas Duales de los 81 modelos. ...................... 121. 4.12. Modelo de configuración de muros combinados.............................. 121. 4.13. Modelo de configuración de muros externos. .................................. 122. 4.14. Modelo de configuración de muros internos. ................................... 123. 4.15. Valoración Estructural de los 81 modelos. ....................................... 124. 4.16. Valoración de costos de los 81 modelos. ........................................ 130. 4.17. PRESUPUESTO CONFIGURACIÓN DE MUROS: EXTERNOS .... 131. 4.18. PRESUPUESTO CONFIGURACIÓN DE MUROS: INTERNOS...... 136. 4.19. PRESUPUESTO CONFIGURACIÓN DE .............................................. MUROS: COMBINADOS ................................................................ 141. 4.20. Valoración estructural vs costos de los 81 modelos. ....................... 150. 4.21. Valoración estructural vs costos de los 81 modelos ............................. considerados como duales. ............................................................. 153. 4.22. Obtención de modelos idóneos dentro de los 81 modelos. ............. 155. 4.23. Comparación de modelo aporticado con los 9 modelos duales. ...... 157.

(18) xviii. Capítulo V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 5.1. Conclusiones. ..................................................................................... 167. 5.2. Recomendaciones. ............................................................................. 172. BIBLIOGRAFÍA.

(19) xix. INDICE DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1: Ubicación del proyecto ................................................................. 5 Ilustración 2:Losa maciza en una dirección ...................................................... 7 Ilustración 3: Espesor mínimo de losas en una dirección macizas no preforzada. .......................................................................................................... 8 Ilustración 4: Zapata aislada ............................................................................. 8 Ilustración 5:Muro estructural ................................................................... 10 Ilustración 6:Fuerzas y Momentos que actúan sobre un muro. ....................... 10 Ilustración 7: Espesor mínimo de muro, h. ...................................................... 11 Ilustración 8: Muros estructurales. (a)Muros altos (b)Muros bajos .................. 13 Ilustración 9: Formas de los muros ................................................................. 14 Ilustración 10 : Muros con aberturas ............................................................... 15 Ilustración 11 : Modo de Falla de muros en voladizo. ..................................... 16 Ilustración 12 : Muro de cortante en voladizo. ................................................. 17 Ilustración 13 : Curvatura ultima de acuerdo a la distribución del refuerzo vertical. .............................................................................................................. 18 Ilustración 14:Software Etabs 2016 ................................................................. 19 Ilustración 15: Modulo elástico del concreto.................................................... 20 Ilustración 16: Efecto físico de rigidez ............................................................. 22 Ilustración 17: Efecto físico de resistencia ...................................................... 22 Ilustración 18 : Deformación de un pórtico ...................................................... 24 Ilustración 19: Diafragma rígido y flexible ....................................................... 25 Ilustración 20 : Sistema estructural aporticado................................................ 27 Ilustración 21 : Sistemas estructurales de muros de carga. ............................ 28 Ilustración 22 : Sistema estructural dual ......................................................... 29 Ilustración 23: Placas tectónicas. .................................................................... 33.

(20) xx. Ilustración 24: Zona de subducción. ................................................................ 34 Ilustración 25 : Zonas sísmica del Ecuador. .................................................... 42 Ilustración 26: Valores de z según la zona sísmica......................................... 43 Ilustración 27: Clasificación de los perfiles de suelo ........................... 44 Ilustración 28: Tipos de suelo y factores de sitio Fa ............................ 45 Ilustración 29: Tipo de suelo y Factores de sitio Fd ............................. 46 Ilustración 30:Tipo de suelo y factores del comportamiento inelástico del suelo Fs .................................................................................. 47 Ilustración 31: Espectro de diseño elástico de la norma ..................... 48 Ilustración 32: Variables del espectro de diseño .................................. 49 Ilustración 33: Variables del espectro de diseño. ............................................ 50 Ilustración 34: Límites para periodos de vibración TC y TL. .............. 51 Ilustración 35: Péndulo invertido, sistema de un grado de libertad. ................ 52 Ilustración 36: Sistema multigrados de libertad. ................................... 52 Ilustración 37:Péndulo simple. ........................................................................ 56 Ilustración 38: Ley de recurrencia de Guttember y Richter. ............................ 63 Ilustración 39: Porcentajes de liberación de energía. ...................................... 64 Ilustración 40: Nivel de riegos. ........................................................................ 65 Ilustración 41: Criterio de rigidez. .................................................................... 73 Ilustración 42:Criterio de rigidez-2. .................................................................. 74 Ilustración 43: Pre dimensionamiento de losa. ................................................ 75 Ilustración 44: Mapa sísmico de la norma NEC 2015. .................................... 79 Ilustración 45: Relación de amplificación espectral. ........................................ 80 Ilustración 46: Perfiles de suelo según la norma ecuatoriana. ........................ 81 Ilustración 47: Factor usado en el espectro elástico. ...................................... 81 Ilustración 48:Fa, coeficiente de ampliación del suelo. ................................... 82.

(21) xxi. Ilustración 49: Fd, coeficiente de desplazamientos para diseño en roca. ....... 83 Ilustración 50: Fs, Coeficiente de comportamiento no lineal de suelos. .......... 83 Ilustración 51:Factor de importancia. .............................................................. 84 Ilustración 52:Espectro elástico e inelástico para la ciudad de Manta. ........... 87 Ilustración 53:Definición del sistema métrico. ................................................. 88 Ilustración 54:Definición de ejes del edificio. ................................................... 89 Ilustración 55:Definición de pisos. ................................................................... 89 Ilustración 56:Definción de la resistencia del concreto, f'c=280Kg/cm2. ......... 90 Ilustración 57: Definición de calidad del acero de refuerzo. ............................ 90 Ilustración 58:Definición de columnas interiores y exteriores. ......................... 91 Ilustración 59:Definición de vigas 25 x 30 cm. ................................................ 91 Ilustración 60:Definición de losa maciza de e=13cm....................................... 92 Ilustración 61:Vista en planta y en 3D del edificio. .......................................... 92 Ilustración 62: Asignación del Mass Source. ................................................... 93 Ilustración 63: Asignación de patrones de cargas. .......................................... 93 Ilustración 64:Espectro en Etabs..................................................................... 94 Ilustración 65: Definición de Casos de carga. ................................................. 94 Ilustración 66:Definición del sismo en ambas direcciones. ............................. 95 Ilustración 67:Definir P-Delta Options. ............................................................ 95 Ilustración 68: Definición de los casos modales. ............................................. 96 Ilustración 69 : Definición del factor de rigidez. ............................................... 96 Ilustración 70:Asignación de diafragmas a cada piso. .................................... 97 Ilustración 71: Asignación de cargas en losas. ............................................... 98 Ilustración 72:Asignación de cargas en el techo del edificio. .......................... 99 Ilustración 73 : Definición de combinaciones según la NEC-2015. ................. 99.

(22) xxii. Ilustración 74: Vista de la escalera en 3D. .................................................... 100 Ilustración 75: Asignación de cargas en escalera. ........................................ 100 Ilustración 76:Estructuración del modelo aporticado. .................................... 101 Ilustración 77:Vista en 3 D. ........................................................................... 103 Ilustración 78:Vista en 3D del modelo con configuración de muros exteriores ........................................................................................................ 104 Ilustración 79:Estructuración para la configuración de muros externos. ....... 105 Ilustración 80:Vista en 3D del modelo con configuración de muros internos. 106 Ilustración 81: Estructuración para la configuración de muros internos. ....... 107 Ilustración 82: Vista en 3D del modelo con configuración de muros combinados. .................................................................................................... 108 Ilustración 83:Estructuración para la configuración de muros combinados. .. 109 Ilustración 84: Viga en estudio(B26). ............................................................ 111 Ilustración 85: Columna analizada. (C17). ........................................... 112 Ilustración 86:Muro considerado en la configuración de muros combinados. .................................................................................... 113 Ilustración 87:Muro considerado en la configuración de muros externos. ..... 113 Ilustración 88:Muro considerado en la configuración de muros internos. ...... 114 Ilustración 89:Grafica de valoración estructural vs Costos. ........................... 152 Ilustración 90:Grafica de valoración estructural vs Costos de los 43 modelos duales. ................................................................................... 154 Ilustración 92:Comparación de Periodos. ..................................................... 159 Ilustración 93:Comparación de Derivas máximas. ........................................ 159 Ilustración 94:Comparación de Deformaciones............................................. 160 Ilustración 95:Comparación de momentos en la viga del primer piso. .......... 160 Ilustración 96:Comparación de cortante en la viga del primer piso. .............. 161 Ilustración 97:Comparación de momentos en la columna del primer piso. ... 161.

(23) xxiii. Ilustración 98:Comparación de cortante en la columna del primer piso. ....... 162 Ilustración 99:Comparación de momentos en la viga del tercer piso. ........... 162 Ilustración 100:Comparación de cortante en la viga del tercer piso. ............. 163 Ilustración 101:Comparación de momentos en la columna del tercer piso. .. 163 Ilustración 102:Comparación de cortante en la columna del tercer piso. ...... 164 Ilustración 103:Comparación de momentos en la viga del sexto piso. .......... 164 Ilustración 104:Comparación de cortante en la viga del sexto piso............... 165 Ilustración 105:Comparación de momentos en la columna del sexto piso. ... 165 Ilustración 106:Comparación de cortante en la columna del sexto piso. ....... 166.

(24) xxiv. INDICE DE TABLAS. Tabla 1: Unidades ............................................................................................ 68 Tabla 2: Resistencias del Concreto .................................................................. 69 Tabla 3: Combinaciones de carga .................................................................... 70 Tabla 4:Longitudes y espesores de muros ....................................................... 78 Tabla 5: Caracterización de peligro sísmico. .................................................... 79 Tabla 6: Datos de periodos y aceleraciones del espectro elástico e inelástico. ................................................................................................... 86 Tabla 7: Tipo de configuración de muros. ...................................................... 102 Tabla 8: Longitudes de muros especificados.................................................. 103 Tabla 9: Distancias de muros exteriores. ....................................................... 104 Tabla 10: Distancias de muros internos. ........................................................ 106 Tabla 11: Distancias de muros combinados. .................................................. 108 Tabla 12: Variables para los muros de configuración combinado. ................. 115 Tabla 13: Variables para los muros de configuración externos. ..................... 116 Tabla 14: Variables para los muros de configuración internos. ...................... 117 Tabla 15:Porcentajes de masa participante de los muros combinados. ......... 118 Tabla 16:Porcentajes de masa participante de los muros externos. .............. 119 Tabla 17: Porcentajes de masa participante de los muros internos. .............. 120 Tabla 18:Verificación de sistema en muros combinados. ............................... 121 Tabla 19:Verificación de sistema en muros externos. .................................... 122 Tabla 20:Verificación de sistema en muros internos. ..................................... 123 Tabla 21: Valoración estructural-parte1. ......................................................... 124 Tabla 22: Valoración estructural-parte2. ......................................................... 125 Tabla 23: Valoración estructural-parte3. ......................................................... 126.

(25) xxv. Tabla 24: Valoración estructural-parte4. ......................................................... 127 Tabla 25: Valoración estructural-parte5. ......................................................... 128 Tabla 26: Valoración estructural-parte6. ......................................................... 129 Tabla 27: Análisis de rendimiento de cuadrilla ............................................... 131 Tabla 28: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 132 Tabla 29: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 133 Tabla 30: Volúmenes totales de cada modelo ................................................ 134 Tabla 31: Análisis de precio unitario ............................................................... 135 Tabla 32: Análisis de rendimiento de cuadrilla ............................................... 136 Tabla 33: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 137 Tabla 34: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 138 Tabla 35: Volúmenes totales de cada modelo ................................................ 139 Tabla 36: Análisis de precio unitario ............................................................... 140 Tabla 37: Análisis de rendimiento de cuadrilla ............................................... 141 Tabla 38: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 142 Tabla 39: Análisis de rendimiento de cuadrilla (continuación) ........................ 143 Tabla 40: Volúmenes totales de cada modelo ................................................ 144 Tabla 41: Análisis de precio unitario ............................................................... 145 Tabla 42: Tabla de resumen de presupuestos ............................................... 146 Tabla 43: Tabla de resumen de presupuestos (continuación) ........................ 147 Tabla 44: Tabla de resumen de presupuestos valorado ................................. 148 Tabla 45: Tabla de resumen de presupuestos valorado (continuación) ......... 149 Tabla 46:Valoración estructural y económica de los 81 modelos-parte1. ....... 150 Tabla 47:Valoración estructural y económica de los 81 modelos-parte2. ....... 151 Tabla 48:Valoración estructural y económica de los modelos duales. ........... 153.

(26) xxvi. Tabla 49:9 modelos idóneos seleccionados. .................................................. 155 Tabla 50:Grafica de modelos duales y aporticado. -parte 1. .......................... 156 Tabla 51:Grafica de modelos duales y aporticado. parte-2. ........................... 156 Tabla 52:Grafica comparativa de las variables entre modelos duales y aporticado..................................................................................................... 157 Tabla 53:Grafica comparativa de las variables entre modelos duales y aporticado porcentualmente. ........................................................................ 158.

(27) 1. CAPITULO l GENERALIDADES 1 Introducción Con el avance tecnológico en nuestro medio es inevitable el crecimiento de la población y por ende ha incrementado la exigencia en el campo constructivo que se ve obligada al desarrollo de la población, logrando un aprovechamiento del recurso suelo donde se requiera dicha construcción, aprovechando así las propiedades física-mecánica de este, para lograr edificaciones grandes y ligeras. Últimamente nuestro país ha sido escenarios de ciertos eventos naturales como sismos, terremotos, lo cuales han provocado grandes daños a edificaciones, y algunas de estas han cedido. El método constructivo más común para edificaciones como viviendas, edificios es el sistema aporticado que está formado de vigas, columnas y losa, pero cabe recalcar que este tipo de sistemas no es muy factible para edificaciones de gran altura, debido a que tiene una deficiencia de resistencia ante un evento sísmico y menos que nuestro país es activamente sísmico. Por aquello, debida a las innumerables investigaciones para minorar las vibraciones y daños ocasionados por este fenómeno natural para este tipo de edificación, es necesario la colocación de muros de corte estructurales para que ayuden a soportar la fuerza sísmica y disminuir las derivas en los pisos superiores. (Barragán S. y Cevallos A.).

(28) 2. 1.1. Planteamiento del problema. Debido a las vibraciones de los edificios provocadas por el sismo donde se producen diferentes respuestas dinámicas en las edificaciones, existen diferentes elementos que conforman un sistema estructural, los cuales provocan un cierto grado de incertidumbre del comportamiento de una edificación ante un evento sísmico, debido a la diversidad de sistemas estructurales es difícil prever una respuesta dinámica acertada. 1.2. Objetivos de la investigación. 1.2.1 Objetivo general. Obtener el análisis comparativo de la respuesta dinámica entre un sistema aporticado y un sistema dual de hormigón armado de un edificio de 6 niveles, mediante el programa Etabs aplicando la Norma NEC-2015, reflejando así las ventajas y desventajas del uso de ambos modelos. 1.2.2 Objetivos específicos.  Realizar el pre dimensionamiento del modelo dual para realizar la comparación con el modelo original(aporticado).  Realizar los modelos estructurales del edificio tanto en sistema aporticado como en sistema dual, mediante el uso del software ETABS 2016, con el fin de realizar el análisis dinámico.  Realizar el análisis pseudodinámico espectral, para la cual se usará el espectro de la norma para la ciudad de Manta, obteniendo su respuesta dinámica Verificar resultados como: modos de vibración, periodos.

(29) 3. fundamentales de la estructura, derivas, participación de masas, cortantes de piso.  Plantear varios modelos matemáticos y luego del análisis del resultado se obtendría el modelo optimo que generen las mejores características dinámicas para este edificio. 1.3. Justificación e importancia. Como es de conocimiento general, nuestro país está situado en una zona de elevada sismicidad, por lo tanto, es importante conocer e investigar el comportamiento de las edificaciones para la acción sísmica. Este proyecto se realizará con un fin comparativo de respuesta dinámica entre varios modelos de sistemas estructurales como; aporticado y dual de hormigón armado de un edificio de 6 niveles, para obtener las mejores características dinámicas para este edificio. 1.4. Aporte científico. El aporte científico se enfoca en la comparación de las respuestas dinámica entre dos sistemas estructurales convencionales, a través del diseño de los elementos estructurales tomando en cuenta las recomendaciones del diseño sismo resistente de las normas; NEC- SE-DS 2015 y ACI 318-14, para brindar una idea más óptima del sistema estructural frente a una excitación dinámica. 1.5. Alcance. El proyecto inicial de un pre diseño del cual sirve como base para modelar la estructura en el software “Etabs”, se realizarán varios modelos tanto con sistemas.

(30) 4. aporticado como dual, los cuales serán diseñados con las normas NEC- SE-DS 2015 y ACI 318-14, con el objeto, mediante un método basado en “Monte Carlo” evaluar el desempeño y funcionalidad de las estructuras ante un evento sísmico y verificar cual sería el modelo más eficiente. 1.6. Antecedentes. En el Ecuador existen una variedad de sistemas estructurales así como de métodos constructivos que se han ido acoplando a lo largo del tiempo a la realidad de nuestra cultura en cuanto a diseños sismo resistentes se trata, se han tomado varias corrientes o estilos de diferentes lugares principalmente del exterior, el desarrollo de éstos métodos de construcción sismo-resistentes se ha planteado muchas veces de manera errónea lo cual ocasiona una cadena de “imitaciones” que por consecuencia también resultan erróneas. Los sistemas estructurales y sus diseños se deben de realizar de manera responsable y con los criterios claros tomando en cuenta absolutamente todas las variables que en éstas pueden aparecer. Los sistemas estructurales más utilizados son el “Dual” y el “Aporticado” los cuales se pueden utilizar dependiendo de las condiciones arquitectónicas y estructurales de una edificación, sus fortalezas y defectos tanto como sus diferentes aplicaciones son el objeto de esta investigación. 1.7. Ubicación geográfica del estudio. La ubicación del proyecto será en la provincia de Manabí, en la ciudad de Manta, Manabí específicamente en la zona de “Tarqui”, uno de los lugares más afectados.

(31) 5. por el terremoto del 16 de abril del 2016 que devastó la mayor parte de la zona costera del Ecuador. CALLE 102 E/ AV. 107 Y 108, MANTA, MANABÍ, ECUADOR.. Ilustración 1: Ubicación del proyecto Fuente: Google Maps.. 1.8. Limitación del problema. Está enfocado principalmente en la comparación de las respuestas dinámica entre varios modelos de sistemas estructurales convencionales, a través del diseño de los elementos estructurales y la interpretación de resultados para su obtención del optimo modelo o configuración estructural basado en el Método de Montecarlo para brindar una idea más óptima del sistema estructural frente a una excitación dinámica..

(32) 6. CAPITULO ll MARCO TEORICO 2.1. Columna. Es parte del sistema estructural de una edificación, que se encarga de soportar el peso vertical de la estructura y acciones provocadas por el sismo. La función ideal de la columna en un edificio debe ser implícitamente en trabajar a compresión, pero en la realidad esto no es así, porque debido a ciertos aspectos como el fraguado, el material no es el ideal ya que es más difícil colocar hormigón en la columna que en las vigas y en la losa, por aquello existen coeficientes más severos para su diseño, también esto influye en que la columna trabaje a flexo compresión. 2.2. Viga. Es un miembro estructural, que permite soportar cargas y son colocadas horizontalmente, aunque se puede colocarse en forma inclinada. Generalmente trabajan a flexión, soportan cargas gravitatorias. Para nuestra presente investigación se usará en el modelo vigas rectangulares de hormigón, debido a que existe una clasificación innumerable clasificación de viga ya sea por su geometría, funcionalidad, material, tipo de apoyo, etc..

(33) 7. 2.3. Losas. Las losas generalmente se concentran grandes masas, debido a su volumen aparecen fuerzas inerciales, las cuales se transmiten a las columnas para su posterior transmisión a la cimentación; tienen una gran resistencia sísmica Las cargas concentradas y las aberturas de losas pueden hacer que ciertas regiones de las losas en una dirección tengan un comportamiento en dos direcciones. (H. Nilson, 1999, pág. 365). Ilustración 2:Losa maciza en una dirección Fuente: Constructor civil.. Para losas macizas no preesforzadas que no soporten o estén ligadas a particiones u otro tipo de construcción susceptibles de dañarse debido a deflexiones grandes, el espesor total de la losa h no debe ser menor que los límites de la Tabla 7.3.1.1, a menos que se cumpla con los límites para las deflexiones calculadas en 7.3.2 (ACI318-14, 2014).

(34) 8. Ilustración 3: Espesor mínimo de losas en una dirección macizas no preforzada. Fuente: ACI318-14, ( 2014).. 2.4. Cimentación. La cimentación como objetivo principal tiene la de transmitir las cargas gravitacionales desde la superestructura hasta el suelo, logrando así una estructura monótona.. Ilustración 4: Zapata aislada Fuente: Constructor Civil.. Se pueden clasificar en: . Cimentación Superficial..

(35) 9. . Cimentación Profunda.. Las zapatas para columnas individuales representan voladizos que se proyectan hacia afuera desde la columna en las dos direcciones y cargados hacia arriba con la presión del suelo. En la superficie inferior se producen los correspondientes esfuerzos de tensión en estas dos direcciones. En consecuencia, estas zapatas se refuerzan mediante dos capas de acero perpendiculares entre sí y paralelas a los bordes. (H. Nilson, 1999) 2.5. Muro estructural (diafragma vertical). Pared construida a todo lo alto de la estructura, diseñada para resistir fuerzas sísmicas en su propio plano, cuyo diseño proporcionará un comportamiento dúctil ante cargas sísmicas. (NEC, 2015). El muro estructural tiene mucha facilidad para resistir grandes momentos que se efectúan cuando están construidos, pero se debe considerar que los muros deben estar diseñados acorde a la capacidad que tenga el suelo, la arquitectura de la edificación, se debe acoplar al suelo. Según la Norma Colombiana NRS-10, contempla varios parámetros para el uso y diseño de los muros estructurales resistentes a momentos..

(36) 10. Ilustración 5:Muro estructural Fuente: Aceros Arequipa. Los muros estructurales tienen una característica muy particular que es la de recibir las cargas laterales paralelas en la cara del muro, por ello se considera que dichos muros, tienen una elevada ductilidad y rigidez. Tiene como objetivo también en disminuir los desplazamientos y los efectos de los esfuerzos torsionales en la edificación que estamos utilizando.. Ilustración 6:Fuerzas y Momentos que actúan sobre un muro . Fuente: T. & Bondarenko H & García T, (2012)..

(37) 11. El espesor mínimo del muro estructural debe ser el siguiente:. Ilustración 7: Espesor mínimo de muro, h. Fuente: ACI318-14, (2014). 2.6. Clasificación de Muros estructurales. Se clasifica de acuerdo a su geometría podemos distinguir lo siguiente: . Según su esbeltez.. . Según su forma de su sección transversal.. . Según Variaciones en Elevación.. 2.6.1 Según su esbeltez. 2.6.1.1. Muros estructurales bajos.. Por lo general estos muros estructurales de baja altura solo transmiten cargas de gravedad muy pequeñas, razón por la cual se ignora su efecto benéfico derivado al menos para la resistencia a cortante, además ya que su brazo de palanca interno disponible es relativamente grande, por lo que la estructura se ve menos afectada.

(38) 12. por la flexión ejercida por las cargas laterales. (T. & Bondarenko H & García T, 2012) ℎ𝑤 ≤ 2 − 𝑴𝒖𝒓𝒐𝒔 𝑬𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒔 𝑩𝒂𝒋𝒐𝒔. 𝑙𝑤 Este tipo de muro se relaciona la altura del muro ℎ𝑤 y el lado mayor de la sección transversal 𝑙𝑤 . 2.6.1.2. Muros estructurales altos.. Estos elementos transmiten grandes cargas gravitacionales a la base de la estructura, lo que genera una mejor resistencia al corte, sin embargo, se ven más afectados a la flexión ejercida por las cargas laterales debido a que la magnitud del brazo de palanca interno disponible es pequeño. Lo dicho anteriormente nos demuestra que los muros estructurales altos son mayormente controlados por flexión. (T. & Bondarenko H & García T, 2012) ℎ𝑤 ≤ 2 − 𝑴𝒖𝒓𝒐𝒔 𝑬𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒔 𝑨𝒍𝒕𝒐𝒔. 𝑙𝑤.

(39) 13. Ilustración 8: Muros estructurales. (a)Muros altos (b)Muros bajos Fuente: googleacademico.com. 2.6.2 Según su sección transversal. Esta clasificación depende de la forma arquitectónica del edificio cabe recalcar que la distribución de los muros estructurales debe colocarse de forma simétrica para que no se produzcan aglomeración de masas ni de rigideces, es por ello que se lo colocan de manera que cumpla con las dos condiciones antes mencionadas. Es importante que los muros absorban gran parte de la fuerza producida por el sismo por ello en la práctica se incorpora secciones transversales como las siguientes en forma de T, L, I, C, J, H etc. (T. & Bondarenko H & García T, 2012).

(40) 14. Ilustración 9: Formas de los muros Fuente: T. & Bondarenko H & García T, (2012).. 2.6.3 Según Variaciones en Elevación. 2.6.3.1. Muros sin Aberturas.. Como se puede imaginarse un muro continuo es decir que inicia de la base y termina en el último piso puede decir que es un muro ideal, absorben de una forma simétrica las acciones sísmicas y cualquier otra fuerza lateral, aunque esta ideal se basa en que el material con el que fue construido es homogéneo y no existen vacíos dentro de su masa, para su análisis se puede considerar como voladizos verticales, tomando los conceptos de flexión para el cálculo. 2.6.3.2. Muros con Aberturas.. Se forman irregularidades debido a que no es continuo el tramo, por lo cual el muro estará sometido a una distribución no tan uniforme de esfuerzos de flexión..

(41) 15. Ilustración 10 : Muros con aberturas Fuente: PARK Y PAULAY, ( 1988). 2.7. Modo de falla de un muro estructural. Las fallas se pueden dar en la sección transversal rectangular como una viga en cantiléver, aunque se tenga una carga axial actuando sobre este. La gran concentración de momentos importantes en la base del muro hace necesario considerar la formación de una rotula plástica en la base; la longitud de la rótula puede exceder la longitud del muro y en esta zona se producirán fisuras de flexión (tracción por flexión) combinándose con las fisuras de tracción diagonal, que requerirán de un esfuerzo horizontal por cortante muy importante. (T. & Bondarenko H & García T, 2012) Este refuerzo horizontal será prácticamente el único que puede asegurar el control de estas fisuras, a la vez que servirá como confinamiento y arriostre de las.

(42) 16. barras de acero longitudinales traccionadas o comprimidas según el instante en que se considere. Autores como (PARK Y PAULAY, 1988) y otros recomiendan diseñar con el cortante máximo de la base, a una altura por lo menos 1.5 veces la longitud del muro, medida desde la base con el fin de proveer más resistencia por cortante en toda la longitud posible de la rótula plástica. (T. & Bondarenko H & García T, 2012). Ilustración 11 : Modo de Falla de muros en voladizo. Fuente: Park y Paulay, (1 991).. 2.8. Comportamiento de muros en voladizo. Los muros de corte de voladizo simple de sección rectangular se espera que se comporten como una viga de hormigón armado. El muro cortante, si actúa como un voladizo grande, estará sujeto a momentos flexionantes y fuerzas cortantes que se originen principalmente en las cargas laterales y a compresión axial provocada por la gravedad. (PARK Y PAULAY, 1988).

(43) 17. Ilustración 12 : Muro de cortante en voladizo. Fuente: PARK Y PAULAY, (1988).. Se debe considerar una fijación para los muros en la cimentación para la conexión Interacción Suelo-Estructura. Según PARK Y PAULAY( 1988) nos indica que, en zonas no afectadas por sismos, el requerimiento para el acero a flexión no es grande. En la práctica tradicional aproximadamente un 0.25% en ambas direcciones. Nos indica PARK Y PAULAY (1988) que también cuando un muro a cortante este sujeto a momentos considerables el grueso del refuerzo se lo coloca próximo al borde a tensión. Por lo tanto, debe resistir una gran parte de muro al momento flexionante por lo que produce propiedades de ductilidad..

(44) 18. Ilustración 13 : Curvatura ultima de acuerdo a la distribución del refuerzo vertical. Fuente: PARK Y PAULAY, (1988).. 2.9. Pórtico. Es un sistema formado principalmente por el conjunto de miembros estructurales como vigas y columnas, las cuales ayudan a soportar y transmitir las fuerzas y momentos a través de la cimentación. 2.10 Etabs Este programa nos permite dar solución a problemas desde los más fácil hasta los más complejos, es por ello que nuestro proyecto se va a basar en este software.

(45) 19. ETABS versión 16.2.1. Usaremos para realizar el análisis de la edificación de todos los modelados en Hormigón Armado, empleando las normativas del ACI 318-14 y NEC 2015.Teniendo en cuenta que todos los resultados obtenidos en el programa no son lo ideal ya que algunos datos obtenidos del software son errados, e influye mucho nuestro criterio ingenieril para aceptar los resultados, tomando en consideración que el programa lo idealiza todo, muy diferente de la realidad.. Ilustración 14: Software Etabs 2016 Fuente: Lenin Palacios – Edwin Arana.. 2.11 Módulo de Elasticidad Es la relación entre el esfuerzo al que se somete el material y su deformación unitaria. Esto nos define cuan rígido es el material ante la imposición de una carga sobre este..

(46) 20. Ilustración 15: Modulo elástico del concreto Fuente: 360.enconcreto.com. Los estudios que condujeron a la expresión para el módulo de elasticidad del concreto están resumidos en Pauw (1960), en donde Ec se define como la pendiente de la línea trazada desde un esfuerzo nulo hasta un esfuerzo de comprensión de 0.45 f’c. El módulo de elasticidad del concreto es sensible al módulo de elasticidad del agregado y la dosificación de la mezcla de concreto. Los valores medidos del módulo de elasticidad pueden varían entre el 80 y el 120 por ciento de los valores calculados. La norma ASTM C469M da un método de ensayo para determinar el módulo de elasticidad para el concreto en compresión. (ACI318-14, 2014) Él (ACI318-14, 2014)nos permite calcular de la siguiente manera. (a) Para valores de Wc entre 1440 y 2560 kg/m3.

(47) 21. ′ 𝑬𝒄 = 𝒘𝟏.𝟓 𝒄 ∗ 𝟎. 𝟎𝟒𝟑 ∗ √𝒇 𝒄 (𝑴𝑷𝒂).. Ecuación 1:Ecuación del módulo de elasticidad del concreto.. (b) (b) Para concreto de peso normal 𝑬𝒄 = 𝟒𝟕𝟎𝟎 ∗ √𝒇′ 𝒄 (𝑴𝑷𝒂). 2.12 Rigidez Para entender el concepto de rigidez debemos recordar el concepto de la ley de Hooke que nos establece que el esfuerzo de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada al objeto. La rigidez es la propiedad que tiene un material, cuerpo o estructura de contrarrestar a las deformaciones, es decir tiene la capacidad de soportar acciones como cargas o fuerzas sin deformarse o que su deformación sea la más mínima. Comprendemos también que todo material tiene su rigidez, algunos son más rígidos y otros menos, en la edificación la rigidez de la estructura es un factor importante en la limitación del periodo fundamental de la estructura y también influenciar directamente en los modos de vibración de la edificación..

(48) 22. Ilustración 16: Efecto físico de rigidez Fuente: civilgeeks.com.. 2.13 Resistencia Es la capacidad que tiene un material, elemento estructural de resistir las cargas antes de llegar al colapso. Está depende de muchos factores entre cuales se destacan su forma, el material usado, etc.. Ilustración 17: Efecto físico de resistencia.. Fuente: edu.xunta.es..

(49) 23. 2.14 Resistencia a la compresión del concreto Generalmente el diseñador de estructuras, especifica en la memoria de cálculos y en los planos una resistencia a la compresión del concreto (f’c) la cual utilizo como base para calcular el dimensionamiento y el refuerzo de los diferentes elementos de una obra. Cuando la obra se obtenga una resistencia menor que la específica, se disminuirá el factor de seguridad de la estructura. Para evitar esta posible disminución de seguridad y debido a que en toda obra se obtienen diferentes valores de resistencia para una misma mezcla, debido a variaciones en la dosificación, mezcla, transporte, colocación, compactación y curado del concreto; la mezcla deberá dosificarse para obtener una resistencia a la compresión promedia (F’cr) mayor que F’c. En la práctica resulta antieconómico indicar una resistencia mínima, igual a la resistencia de diseño, puesto que, de acuerdo al análisis estadístico, siempre existe la posibilidad de obtener valores más bajos. (Rivera L., 2010) Para nuestro trabajo investigativo vamos a usar para la comparación de tres resistencias f’c= 210 Kg/cm2, f’c=240 Kg/cm2, f’c=280 Kg/cm2. 2.15 Deformación Es el cambio de forma del elemento estructural o el cambio en su tamaño, que sufre al estar sometido a solicitaciones (cargas y momentos) entran en un estado de deformaciones..

(50) 24. Las deformaciones en una edificación están relacionadas con el estado de carga, el tipo de estructura, especialmente las características geométricas de las secciones.. Ilustración 18 : Deformación de un pórtico. Fuente: portal.uah.es.. 2.16 Diafragmas Los diafragmas, tales como losas de piso y de cubierta, deben diseñarse para resistir simultáneamente las cargas gravitacionales fuera del plano y las fuerzas laterales en el plano para las combinaciones de carga. (ACI318-14, 2014).

(51) 25. Ilustración 19: Diafragma rígido y flexible. Fuente: edu.xunta.es.. 2.17 Refuerzo transversal El refuerzo destinado a resistir los efectos de los esfuerzos cortantes y de torsión. Incluye, igualmente, el destinado a impedir el pandeo del refuerzo principal en las columnas o en los elementos sometidos a fuerzas de compresión, y el que produce confinamiento. (NEC, 2015) 2.18 Altura de piso Es la distancia vertical medida entre el terminado de la losa de piso o de nivel de terreno y el terminado de la losa del nivel inmediatamente superior. En el caso que el nivel inmediatamente superior corresponda a la cubierta de la edificación esta medida se llevará hasta el nivel de enrace de la cubierta cuando esta sea inclinada o hasta al nivel de la impermeabilización o elemento de protección contra la intemperie cuando la cubierta sea plana. En los casos en los cuales la altura de piso.

(52) 26. medida como se indica anteriormente exceda 6 m, se considerará para efectos de calcular el número de pisos como dos pisos. Se permite que para el primer piso aéreo la altura del piso se mida desde la corona del muro de contención de la edificación nueva contra el paramento que está en la colindancia, cuando éste exista. (NEC, 2015) 2.19 Cortante basal de diseño Fuerza total de diseño por cargas laterales, aplicada en la base de la estructura, resultado de la acción del sismo de diseño con o sin reducción, de acuerdo con las especificaciones de la presente norma. (NEC, 2015) 2.20 Deriva de piso Desplazamiento lateral relativo de un piso - en particular por la acción de una fuerza horizontal - con respecto al piso consecutivo, medido en dos puntos ubicados en la misma línea vertical de la estructura. Se calcula restando del desplazamiento del extremo superior el desplazamiento del extremo inferior del piso. (NEC, 2015) 2.21 Período de vibración Es el tiempo que transcurre dentro de un movimiento armónico ondulatorio, o vibratorio, para que el sistema vibratorio vuelva a su posición original considerada luego de un ciclo de oscilación. 2.22 Periodo de vibración fundamental Es el mayor periodo de vibrar de la edificación en dirección horizontal de estudio..

(53) 27. 2.23 Tipos de Sistemas de estructuración El tipo de sistema que se debe usarse en cualquier mega proyecto o ya sea un proyecto de menor magnitud está directamente relacionado con el número de pisos, la necesidad por cual lo construyen, las características de suelo y además las cargas que soportara, los materiales con los que se van a construir serán necesarios para definir un sistema estructural para la edificación. Según la clasificación de (Rochel Awad, 2012) se clasifica en:  Sistema de pórticos: Es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y fuerzas horizontales. (Rochel Awad, 2012)  Sistema de muros de carga: Es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo y en el cual las cargas verticales son resistidas por los muros de carga y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales. (Rochel Awad, 2012). Ilustración 20 : Sistema estructural aporticado. Fuente: sioingenieria.com.

(54) 28. Ilustración 21 : Sistemas estructurales de muros de carga. Fuente: sioingenieria.com.  Sistema combinado: Es un sistema estructural en el cual: – Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a momentos, esencialmente completo, y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales. o. pórticos. con. diagonales.. – Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico resistente a momentos, esencialmente completo, combinado, con muros estructurales o pórticos con diagonales que no cumplen los requisitos de un sistema dual. (Rochel Awad, 2012)  Sistema dual: Es un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos y sin diagonales, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales. Para que el sistema estructural se pueda clasificar como sistema dual se deben cumplir los siguientes requisitos: – El pórtico espacial resistente a momentos, sin diagonales, esencialmente completo, debe ser capaz de soportar las cargas verticales..

(55) 29. – Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros estructurales o pórticos con diagonales, con el pórtico resistente a momentos. El pórtico resistente a momentos, actuando independientemente, debe diseñarse para ser capaz de resistir como mínimo 25% del cortante sísmico en la base. – Los dos sistemas deben diseñarse de manera que actuando en conjunto sean capaces de resistir la totalidad del cortante en la base, en proporción a sus rigideces relativas, considerando la interacción del sistema dual en todos los niveles de la edificación. Pero en ningún caso la responsabilidad de los muros estructurales, o de los pórticos con diagonales, puede ser menor del 75% del cortante sísmico en la base. (Rochel Awad, 2012). Ilustración 22 : Sistema estructural dual. Fuente: alamaula.com. 2.24 Pórtico especial sismo resistente con muros estructurales (sistemas duales según la NEC 2015) Sistema resistente de una estructura compuesta tanto por pórticos especiales sismos resistentes como por muros estructurales adecuadamente dispuestos.

(56) 30. espacialmente, diseñados todos ellos para resistir fuerzas sísmicas. Se entiende como una adecuada disposición ubicar los muros estructurales lo más simétricamente posible, hacia la periferia y que mantienen su longitud en planta en todo lo alto de la estructura. Para que la estructura se considere como un sistema dual se requiere que los muros absorban al menos el 75 % del corte basal en cada dirección. (NEC, 2015) 2.25 Una buena estructuración según Rochel Awad En el diseño de estructuras, en principio se consideran los efectos gravitatorios y las cargas adicionales debidas a las sobrecargas según el uso del edificio. Cuando la estructura demanda una protección adicional para fuerzas ambientales como el viento, mareas y sismos, la solución para la tipología estructural empleada se puede encontrar en los sistemas de aislación y control de vibraciones. Las cargas de viento y/o los sismos, las cuales nunca son estáticas o unidireccionales, y cuyas magnitudes son más difíciles de predecir que las cargas gravitacionales, se deben considerar y modelar tal que reproduzcan la situación real. Por lo tanto, el estudio de la respuesta estructural debe tener en cuenta estos efectos. El uso de estos sistemas se ha incrementado y desarrollado notablemente en los últimos años en el área de la ingeniería estructural, habiendo en el mundo una enorme cantidad de edificios construidos con estas técnicas. Una buena estructuración no solo es colocar elementos estructurales en posiciones apropiadas dentro de la edificación, sino que también existen otros.

(57) 31. factores para lograr el objetivo, para que tenga un diseño sismo resistente apropiado. Según (Rochel Awad, 2012) no dice que, con base en la experiencia obtenida en muchos sismos ocurridos en diferentes partes del mundo, se ha elaborado una serie de recomendaciones sobre estructuración, para lograr un mejor comportamiento sísmico; entre ellas se cuenta:  Poco peso.  Sencillez, simétrica y regularidad, tanto en planta como en elevación.  Plantas poco alargadas.  Uniformidad en la distribución de resistencia, rigidez y ductilidad.  Hiperestaticidad y líneas escalonadas de defensa estructural.  Formación de las articulaciones plásticas en los elementos horizontales antes que en los verticales.  Propiedades dinámicas adecuadas al terreno en el cual se construye la estructura.  Congruencia entre lo proyectado y lo construido. Se recomienda que las estructuras sean livianas, pues las fuerzas debidas al sismo surgen como consecuencia de la inercia de las masas al desplazarse, por lo cual, entre menos peso, menores serán los efectos de los sismos en ellas. El peso de los muros y de los acabados representa aproximadamente el 50% del peso de la estructura. Son estos los ítems a los que debe prestarse especial atención para reducir el peso de la estructura. (Rochel Awad, 2012).

(58) 32. 2.26 Sismicidad y Peligrosidad Sísmica Las corrientes de convección se producen en la parte superior del manto líquido, en una capa denominada Astenósfera. En forma figurativa se puede decir que la corteza terrestre flota sobre la Astenósfera. El movimiento de la corteza no se da en forma uniforme, en el sentido de que todo se mueve en la misma dirección y con la misma magnitud, no se presenta así. Existen regiones en las cuales el movimiento es muy lento del orden de una centésima de milímetro al año y otras en las cuales este movimiento es muy rápido con movimientos de más de 10 cm. al año. De igual forma, existen zonas en las que segmentos de la corteza chocan entre sí y otras en que no existe este choque. Las principales placas tectónicas son: Nazca, Sudamérica, Cocos, norteamericana, Caribe, africana, Euroasiática, Antártica, Pacífico, Filipinas, Arábica, australiana y de la India. Estas placas a su vez contienen micro placas. (Falconí, Abril de 2008 ).

(59) 33. Ilustración 23: Placas tectónicas. Fuente: Moncayo Theurer M ., (2016). En el Ecuador existe una gran variedad de datos obtenidos de terremotos ocurridos con anterioridad, nuestro país se encuentra en la zona más activa del mundo sísmicamente, llamado “el cinturón de fuego”, en esta zona se han producido los mayores terremotos de la historia registrada, el Ecuador está situado sobre una zona de fricción constante entre placas tectónicas lo cual causa una liberación de energía también constante. La zona o franja en cuestión lleva el nombre de “zona de subducción” que nos es otra cosa que la colisión de placas, en éste caso oceánica con continental, de tal forma de que una de ellas se introduce por debajo de la otra, produciendo así un empuje y liberación de energía cada vez que da lugar.

(60) 34. una “ruptura” que se origina por el movimiento constante de la placa que se introduce por debajo la otra, en éste caso la oceánica se inserta por debajo de la continental, éste movimiento acumula energía, la cual se desborda cuando sobrepasa la capacidad que tiene la placa de deformación.. Ilustración 24: Zona de subducción. Fuente: previa.uclm.es .. Ecuador se encuentra localizado en el cinturón de fuego del Océano Pacífico, al noroccidente de Sudamérica. Siendo uno de los países más densamente poblados de la región, muestra actividad sísmica causada principalmente por la subducción de la Placa Oceánica de Nazca y la presencia de un complejo sistema de fallas activas locales. El evento de mayor magnitud, que ha sido registrado ya en época instrumental, ocurrió en 1906, con una magnitud estimada de Mw 8.8, localizado en la costa del país. En la Cordillera de los Andes han ocurrido eventos superficiales, que siendo de menor magnitud, han causado grandes pérdidas humanas y materiales al localizarse sus epicentros cerca de grandes ciudades (IGM, 2013;.

(61) 35. INEC, 2015). Un patrón similar se observa en toda la parte Oeste del continente Centro y Sudamericano, donde los eventos superficiales de corteza son generalmente más destructivos que los de subducción, si bien éstos en ocasiones han venido acompañados de tsunamis que han causado grandes catástrofes. (Cárdenas, 2016). Los países limítrofes con Ecuador han elaborado y publicado sus mapas de peligrosidad sísmica en sus respectivas normas. Colombia dispone de una Norma Sismo resistente publicada en el 2010 (NSR-10) y Perú se rige por la Norma Técnica de Edificación E.030 “Diseño Sismo resistente” contenida en el Reglamento Nacional de Edificaciones, publicado en 2006 (Norma E.30). Sin embargo, a pesar de ser países limítrofes con Ecuador, no se observa una relativa continuidad en los valores de aceleración presentados en las tres normas. En relación a los estudios realizados sobre modelización de zonas sismo genéticas, Aguiar (2013, comunicación personal) propone una zonificación sismo genética para regímenes cortical y de subducción, actualizando el trabajo de Aguiar et al. (2009). Alvarado (2012) publica una propuesta de zonificación sísmica para los dos regímenes y finalmente Chunga (2010) plantea una zonificación del régimen cortical basada en la integración de datos geológicos, sismológicos y morfo estructurales. Estudios de sismicidad muestran que cada 50 años (en promedio), se han producido terremotos con epicentros localizados a diferentes distancias de la ciudad, que han ocasionado importantes daños en la misma (Valverde et al., 2002;.

(62) 36. Del Pino y Yepes 1990). Entre ellos cabe mencionar los ocurridos en 1587, 1797, 1859, y 1868, con valores estimados de magnitud momento Mw 6.4, 7.6, 7.2 y 7.3, respectivamente (Alvarado, 2012; Beauval et al., 2010; Rivadeneira et al., 2007) (Cárdenas, 2016) La sismicidad de Ecuador se reactiva cada 50 años, debido a esto ocurren varios sismos cercanos a 8 grados en magnitud Richter o mayores en cada etapa de reactivación. La reactivación sísmica que ocurre a inicios de cada siglo es 35 veces más intensa que las que ocurren a mediado de siglo. (Theurer, 2017) La peligrosidad sísmica en general depende de muchos factores y variables como la geografía, morfología del lugar y sus características de origen las cuales nos ayudan a tener una idea de la falla o como sería el contacto entre placas y así de esta forma iniciar un estudio detallado de todas las posibles amenazas sísmicas de una zona, país o estado. 2.27 Sismicidad en el Ecuador En América del Sur, se tiene fundamentalmente el enfrentamiento de la Placa de Nazca o Placa Oceánica con la Placa de Sudamérica o Placa Continental. Este enfrentamiento produce el fenómeno de subducción, por el cual la placa de Nazca por ser más rígida y fuerte se introduce por debajo de la Placa Sudamericana y continúa moviéndose hacia el manto. Como se indicó este choque genera los sismos, sin embargo, se debe manifestar que como consecuencia del movimiento continuo de las placas tectónicas se tienen las erupciones volcánicas y los sismos. (Falconí, Abril de 2008 ).

(63) 37. En el cinturón circunpacífico y concretamente en el Ecuador, el proceso de subducción de la placa de Nazca, genera una alta sismicidad en su recorrido, buzamiento, hacia el Este. Por este proceso en la costa ecuatoriana, tienen un hipocentro superficial y en la región oriental los eventos sísmicos asociados con la subducción pueden tener profundidades focales mayores a 200 Km. A más de la actividad sísmica asociada a la zona de subducción, existen sismos que se generan por la activación de fallas geológicas locales. (Falconí, Abril de 2008 ) El territorio ecuatoriano conforma por una región continental, la cual va desde 81°W hasta 75°W en longitud, y 1.25°N hasta 5°S en latitud, aproximadamente, y una parte insular conformada por las islas Galápagos. El territorio se divide en cuatro regiones, Costa, Sierra, Oriente y Región Insular, siendo la segunda en donde existen la mayor cantidad de fallas debido a los pliegues que se producen por la geodinámica de la región. Ecuador se encuentra dentro de un particular movimiento tectónico. Un sector del territorio forma parte de la micro placa denominada "Bloque andino", la cual pertenece a la placa sudamericana. Esta micro placa, se encuentra en una interacción entre las placas de Nazca, Cocos y Caribe. El movimiento en esta zona se ha medido en un intervalo aproximado de 50-60 mm/año, mientras que, para la placa continental, el movimiento se encuentra entre 2 y 5 mm/año. Por otra parte, la región sur del Ecuador, se encuentra en interacción entre la placa Sudamericana y la placa de Nazca. Esta dinámica de placas ha producido que en el Ecuador se presenten tres diferentes inclinaciones de la subducción de la placa de Nazca en la placa Continental (Taipe, 2013)..