Estos resultados fueron proporcionados con el modelamiento de la estructura en el software ETABS18

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Dataismo https://dataismo.org.pe Junio 2023 Volumen 3 / No. 5 ISSN e: 2710-4494 https://doi.org/10.53673/data.v3i5.160

Mtra. Arq. Mónica Angélica Medina Ramírez

Marcos Josué Rupay Vargas [email protected] https://orcid.org/0000-0002-

7891-1838 Universidad Nacional Intercultural de la Selva

Central “Juan Santos Atahualpa”, Chanchamayo,

Perú

Deysi Cuba Ccente [email protected] https://orcid.org/0009-0001-

Perú

Jennifer Estefany Felix Patiño [email protected] https://orcid.org/0000-0002-

Perú

Lady Natally Marquez Ichavautis [email protected] https://orcid.org/0009-0006-

Perú

Duanne Geraldine Salazar Hilacondo [email protected] https://orcid.org/0009-0001-

Perú

Manyori Lesly Santos Tupacyupanqui [email protected] https://orcid.org/0009-0008-

Perú

Recibido 15 de Marzo 2023 | Arbitrado y aceptado 03 de Abril 2023 | Publicado el 21 de Junio 2023

ARTÍCULO GENERAL

Análisis estático de una vivienda multifamiliar de tres niveles mediante el software etabs en Chanchamayo

Static analysis of a three-story multi-family dwelling using etabs software in Chanchamayo Análise estática de uma residência multifamiliar de três andares usando o software etabs em Chanchamayo

RESUMEN

Objetivo: El presente artículo tiene como finalidad determinar el análisis estático de una vivienda multifamiliar ubicado en la localidad de Chanchamayo, para la identificación del sistema estructural.

Método: El análisis se aplicó a una edificación de concreto armado de 3 niveles.

La metodología es descriptivo, donde consiste en determinar el porcentaje de la cortante Basal, el cual nos permitirá evaluar el tipo de estructura que se realizará que actúa en los elementos estructurales como columnas y muros de corte de la estructura, a partir de ello se identificará el sistema estructural de la edificación. Los parámetros para el desarrollo del ejercicio se basan en la norma E.030 Diseño Sismorresistente.

Resultados: Se obtuvo la cortante Basal teniendo como resultado para el eje “Y”

29.7916tn y para el eje “X” 34.0475 tn.

Estos resultados fueron proporcionados con el modelamiento de la estructura en el software ETABS18. Conclusión: Se concluye que la vivienda multifamiliar ubicado en la ciudad de Chanchamayo tiene muros de corte que representan el 94.12% de la cortante basal en el eje “Y”, por lo tanto, el sistema estructural es de Muro Estructural.

Palabras Clave: cortante basal, sistema estructural.

ABSTRACT

Objective: The purpose of this article is to determine the static analysis of a multifamily dwelling located in the town of Chanchamayo, for the identification of the structural system. Method: The analysis was applied to a 3-story reinforced concrete building. The methodology is descriptive, where it consists of determining the percentage of the Basal shear, which will allow us to evaluate the type of structure that will be carried out that acts on the structural elements such as columns and shear walls of the structure, from this it will be identified the structural system of the building. The parameters for the development of the exercise are based on the E.030 Seismic Resistant Design standard. Results: The Basal shear was obtained, resulting in 29.7916 tn for the “Y” axis and 34.0475 tn for the “X” axis. These results were provided with the modeling of the structure in the ETABS18 software. Conclusion: It is concluded that the multifamily dwelling located in the city of Chanchamayo has shear walls that represent 94.12% of the basal shear in the "Y" axis, therefore, the structural system is a Structural Wall.

Keywords: basal shear, structural system.

RESUMO

Objetivo: O objetivo deste artigo é determinar a análise estática de uma habitação multifamiliar localizada na cidade de Chanchamayo, para a identificação do sistema estrutural. Método:

A análise foi aplicada a um edifício de concreto armado de 3 pavimentos. A metodologia é descritiva, onde consiste em determinar a porcentagem do cisalhamento Basal, o que nos permitirá avaliar o tipo de estrutura que será realizada que atua sobre os elementos estruturais como pilares e paredes de cisalhamento da estrutura, a partir disso será identificado o sistema estrutural do edifício. Os parâmetros para o desenvolvimento do exercício são baseados na norma E.030 Seismic Resistant Design.

Resultados: Obteve-se o cisalhamento Basal resultando em 29,7916 tn para o eixo

“Y” e 34,0475 tn para o eixo “X”. Esses resultados foram obtidos com a modelagem da estrutura no software ETABS18.

Conclusão: Conclui-se que a habitação multifamiliar localizada na cidade de Chanchamayo possui paredes de cisalhamento que representam 94,12% do cisalhamento basal no eixo "Y", portanto, o sistema estrutural é uma Parede Estrutural.

Palavras-chave: cisalhamento basal, sistema estrutural.

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1.- INTRODUCCIÓN

El presente artículo se desarrolló con la finalidad de aplicar el análisis y diseño estructural en una edificación, para ello se tomó como referencia la Norma E. 0.30, la cual nos brinda los parámetros necesarios para realizar la identificación de un sistema estructural de una edificación ubicada en la localidad de Chanchamayo.

Utilizaremos los nuevos criterios de diseño sistema dual (pórtico - muros portantes) que se van empleando en varias ciudades del país.

El esquema de investigación inicia con la clasificación de sistemas estructurales y parámetros para el análisis estático. Luego en material, métodos realizamos la estructuración y el análisis en un sistema dual. En resultados y discusión comparamos y analizamos los datos obtenidos en el programa, finalizando realizamos el agradecimiento y las referencias.

CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS ESTRUCTURALES

Para la clasificación de los sistemas estructurales se tomará en cuenta el Artículo 16.1 de la Norma Técnica Peruana E. 030.

Fig. 1 Clasificación de los sistemas estructurales en concreto.

De ellos deducimos lo siguiente:

Tabla I

Clasificación de sistemas estructurales

Rango % Sistemas Estructurales

0% - 20% Estructura de Pórticos

20% - 70% Sistema Dual

70% - 100% Sistema de muros estructurales

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PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS ESTÁTICO

El análisis estático se determina mediante un modelo de comportamiento lineal elástico.

GENERALIDADES

FUERZA CORTANTE BASAL Se determina por la siguiente formula:

Donde:

• V: Fuerza cortante basal

• Z: Factor de zona

• U: Factor de uso o importancia

• C: Factor de amplificación sísmica

• S: Tipo de suelo

• R: Coeficiente de reducción sísmica

• P: Peso sísmico

El valor de C/R se considera menor o igual que 0.11 𝐶

𝑅 ≥ 0.11 𝑉 =𝑍. 𝑈. 𝐶. 𝑆

𝑅 . 𝑃

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1.1.2. FACTOR DE ZONA (Z)

Se determina en base al mapa de zonificación sísmica y se determina de acuerdo a la zonificación.

Fig. 2 Zona sísmicas en el Perú.

Los factores son los siguientes:

Tabla II

Factor de las zonas sísmicas en el Perú

Factor de Zona “Z”

ZONA Z

4 0.45

3 0.35

2 0.25

1 0.10

1.1.3. FACTOR DE USO O IMPORTANCIA (U)

Se clasifica de acuerdo a las categorías que indica en la Tabla N° 5 de la norma (Norma E.030 Diseño sismoresistente , 2020).

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Las categorías son las siguientes:

Tabla III

Factor de uso o importancia según la categoría de edificaciones en el Perú por la norma E.030.

CATEGORÍA DESCRIPCIÓN FACTOR U

A Edificaciones esenciales 1.5

B Edificaciones importantes 1.3

C Edificaciones comunes 1.0

1.1.4. FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C) Se define con las siguientes expresiones:

𝑇 < 𝑇_! 𝐶 = 2.5

𝑇_! < 𝑇 < 𝑇_" 𝐶 = 2.5 × 2^#_#^!3 𝑇 < 𝑇_" 𝐶 = 2.5 × 2^#^!_#^×#_# ^"3

Donde T es el periodo de acuerdo al modo de vibración.

• Tipo de suelo (S):

Según el Reglamento Nacional de Edificaciones los tipos de suelos conocidos en un análisis estático para una edificación presentan ciertas características para el cálculo, indicando lo siguiente: “se clasifican tomando en cuenta la velocidad promedio de propagación de las ondas de corte (𝑉4_%).” (REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, 2020, pág. 13), también señala que para aquellos suelos granulares se calcula solo considerando los espesores de cada uno de los estratos granulares mientras que para los suelos cohesivos la resistencia al corte en condiciones no drenadas (𝑆̿_&) se calcula el promedio ponderado de aquellos valores de cada estrato cohesivo.

(REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, 2020).

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En caso de que el suelo presente tanto material cohesivo y granular la clasificación se tomará por el perfil más desfavorable. (REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, 2020).

Tabla IV

Características de los perfiles del suelo considerando la velocidad de propagación de ondas de corte.

PERFIL DEL TIPO DE SUELO CARACTERÍSTICAS

Perfil tipo 𝑆_': Roca dura Velocidad de propagación de ondas de corte 𝑉4_% > 1500 m/s

Perfil tipo 𝑆₍: Roca o suelos muy rígidos Velocidad de propagación de ondas de corte 500 m/s < 𝑉4_%< 1500 m/s

Perfil tipo 𝑆₎: Suelos intermedios Velocidad de propagación de ondas de corte 180 m/s < 𝑉4_%< 500 m/s

Perfil tipo 𝑆_*: Suelos blandos Velocidad de propagación de ondas de corte 𝑉4 ≤ 180 m/s _%

Tabla V

Factor del suelo

FACTOR DE SUELO “S”

SUELO

ZONA 𝑆_' 𝑆₍ 𝑆₎ 𝑆_*

𝑍₍ 0.80 1.00 1.05 1.10

𝑍₎ 0.80 1.00 1.15 1.20

𝑍_* 0.80 1.00 1.20 1.40

𝑍₊ 0.80 1.00 1.60 2.00

• Coeficiente de Reducción de las Fuerzas Sísmicas, R

Es el producto entre el coeficiente básico de reducción (𝑅_'), factor de irregularidad estructural en altura (𝐼_,) y el factor de irregularidad estructural en planta (𝐼_-). El reglamento nacional de edificaciones indica tomar en consideración que: “Cuando en la dirección de análisis, la edificación presente más de un sistema estructural, se toma el menor coeficiente 𝑅_' que corresponda.” (REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, 2020, pág. 20)

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𝑅 = 𝑅_'𝑥𝐼_,𝑥𝐼_-

ü Coeficiente de reducción (𝑅_'):

Tabla VI

Sistemas estructurales y sus coeficientes básicos de reducción.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Sistema Estructural Coeficiente Básico de Reducción 𝑅_' (*) Concreto Armado

Pórticos Dual

De muros estructurales Muros de ductilidad limitada

8 7 6 4

Albañilería Armada o confinada 3

ü Factor de irregularidad (𝐼_,): Se ha comparado que, entre las estructuras regulares e irregulares, las primeras son las que tienen una mejor resistencia ante las fuerzas sísmicas presentadas, es decir que en aquellas estructuras irregulares durante los sismos pueden presentar fallas en las estructuras hasta el punto de colapsar.

Tabla VII

Factor de irregularidad estructural en altura (Ia) IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES

EN ALTURA Factor de irregularidad 𝐼_,

Irregularidad de Rigidez Piso blando-piso débil 0.75 Irregularidad extrema de rigidez y resistencia 0.50

Irregularidad de masa o peso 0.90

Irregularidad geométrica vertical 0.90

Discontinuidad en los sistemas resistentes 0.80 Discontinuidad extrema de los sistemas resistentes 0.60

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Tabla VIII

Factor de irregularidad estructural en planta (Ip) IRREGULARIDADES

ESTRUCTURALES EN PLANTA Factor de

irregularidad 𝐼_!

Irregularidad torsional 0.75

Irregularidad torsional Extrema 0.60

Esquinas Entrantes 0.90

Discontinuidad del Diafragma 0.85

Sistemas no Paralelos 0.90

OJO: Si la edificación tiene una estructuración regular el 𝐼_, y 𝐼_! es 1 y el coeficiente de reducción 𝑅_' dependerá del sistema estructural.

• Estimación del peso (P) Tabla IX

Estimación de peso según categoría de edificación y otras estructuras.

CATEGORÍAS Y

ESTRUCTURAS PESO

Edificios categoría A y B 100%CM+50% CV Edificios categoría C 100% CM + 25% CV

Depósitos 100% CM + 80% CV

Azoteas y techos 100% CM + 25% CV Tanques, silos y otros 100% CM + 100%CV

• Parámetros de sitio (S, TP y TL)

Tabla X

Parámetros de sitio PERIODOS “𝑻_𝑷” Y “𝑻_𝑳”

Perfil del Suelo

𝐒_𝟎 𝐒_𝟏 𝐒_𝟐 𝐒_𝟑

𝑻_𝑷 0.3 0.4 0.6 1.0

𝑻_𝑳 3.0 2.5 2.0 1.6

2. MATERIAL Y MÉTODOS

Se muestra la edificación que corresponde a una vivienda multifamiliar de tres pisos.

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Donde se presenta las siguientes características:

Descripción de los parámetros sísmicos:

- Ubicación: Chanchamayo - Uso: Vivienda multifamiliar - Suelo: Blando

Descripción de los elementos estructurales:

- Altura de primer piso: 3.60 metros - Altura de piso típico: 2.60 m.

- Columnas de 0.25x0.40 m.

- Viga principal: 0.25 x 0.50 m - Viga secundaria: 0.25 x 0.40 m

- Muros de corte de 0.20 m con longitudes de 1.50 m.

- Losa aligerada de 0.20 m en una dirección - Losa maciza de 0.20 m. en dos direcciones

Fig. 3 Plano estructural en planta

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Fig. 4 Plano estructural en elevación

Parámetros indicados según (Norma E.030 Diseño sismoresistente, 2020)

Tabla XI

Parámetros indicados:

Parámetro Símbolo Valor Tipo de

edificación Categoría C

Factor de zona

(Chanchamayo) Z2 0.2

Factor Uso U 1.00

Tipo de Suelo

(suelo blando) S3 1.40

Periodo T 𝑇_! = 1

𝑇_" = 1.6 Estimación de

Peso P 25% CV

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACION:

Tomando en cuenta el plano estructural, se modelo en el ETABS teniendo en cuenta la siguiente evaluación para la determinación de la cortante basal:

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Fig. 5 Modelado en el ETABS Coeficiente de reducción sísmico:

En primera instancia se a que la edificación presente un sistema dual en el eje “Y”

y sistema de pórtico en el eje “X”

Donde:

Eje “X” Pórtico:

Ro= 8 la= 1 lp= 1

Obteniendo para el eje “X”: R=8 Eje “Y” dual:

Ro= 7 la= 1 lp= 1

Obteniendo para el eje “Y”: R=7

Período de la edificación:

Estos datos se obtendrán mediante el análisis modal de la estructura, la cual nos muestra el periodo fundamental de vibración(T):

Ty = 0.633 Tx = 0.261

Así mismos se determinará el exponente relacionado con el período fundamental de vibración de la estructura , para poder sacar las reacciones sísmicas de la estructura,

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según la (Norma E.030 Diseño sismoresistente, 2020) se tomará en cuenta los siguientes parámetros:

- Para T ≤ 0,5 segundos: k = 1.0.

- Para T > 0,5 segundos: k = (0.75 + 0.5 T) ≤ 2,0.

Por lo tanto, kx =0.1

ky = 0.75 + 0.5(0.633) = 1.0665 Factor de amplificación sísmica:

De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica (C) como 𝑇 < 𝑇_! → 𝐶 = 2.5, por lo tanto:

𝐶₄ = 2.5 𝐶₅ =2.5

Verificación la relación:

El valor de C/R no se considera menor que 0,11:

⁶⁴₇₄= 0.3125 (cumple) ⁶⁵₇₅ = 0.3571 (cumple)

Factor de escala:

Eje X:

FE₈ = Z. U. 𝐶₉. 𝑆

𝑅₉ = 0.2𝑥1𝑥2.5𝑥1.4 8

FE₈ = 0.0875

EJE Y:

FE_: = Z. U. 𝐶_;. 𝑆

𝑅_; =0.2𝑥1𝑥2.5𝑥1.4 7 FE_: = 0.1

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De acuerdo a los datos hallados en base a el periodo calculado según el análisis modal, ahora se podrá realizar el análisis estático para obtener la cortante basal en muros estructurales, para así lograr verificar que el eje “Y” presenta un sistema estructural dual.

Tabla XII

Resultados de las cortantes en el eje "X" y "Y" de acuerdo al modelamiento de sismo en “X” y “Y”.

Caso VX VY

tonf tonf

CSX 0 -29.7916

CSY -34.0475 0

Tambien se obtendrá los resultados de fuerzas cortantes en placas, por lo que solo se tomará en cuenta del primer piso donde se da la mayor concentración de fuerza,

Tabla XIII

Resultado de las fuerzas cortantes de placas aplicados en el sismo en el eje “Y”.

PISO PLACA V3

tonf Piso 1 P1 -2.3762 Piso 1 P2 -2.3329 Piso 1 P3 -2.3607 Piso 1 P4 -2.4319

Según los resultados de la tabla obtenida se sumará las fuerzas cortantes de las placas:

𝑉!"<6< = −9.5017 Por lo tanto,

X/100 × 34.0475 = 9.5017

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X = 27.9%

Según el modelamiento y el análisis estático realizado, se determinó que el eje “Y”

si es de Sistema Dual

3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN

El resultado si coincidió como sistema dual debido al 27.9% de la fuerza cortante en la base de placas, por lo cual no se tuvo la necesidad de cambiar los coeficientes para que coincida el % de la cortante basal en el eje Y con el sistema estructural prestablecido.

4. AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Nacional Intercultural de la Selva Central Juan Santos Atahualpa por brindarme conocimientos durante el desarrollo de nuestro artículo.

5. REFERENCIA

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