Influencia del tipo de suelo en el comportamiento estructural de una edificación de concreto armado con aislamiento en la base
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Fecha
2023
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Editor
Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez
Resumen
El objetivo es evaluar cómo afecta el suelo al comportamiento estructural de una edificación de categoría A1 (establecimiento de salud) con aislamiento sísmico. Esto se hará comparando los resultados del análisis y el diseño de dos estudios de casos diferentes. Estos estudios se diferencian por tener diferentes condiciones de suelo, S1 y S3, para la zona sísmica Z3.se examinará un módulo hospitalario formado por cuatro niveles con un sistema estructural doble o dual. El sistema de aislamiento consta de aisladores HDRB y elementos de nivel de base como vigas, losas rígidas y capiteles y pedestales.
Los casos de análisis modal estático y espectral son aplicables a los edificios de base fija, mientras que el análisis de tiempo historia o no lineal para los edificios aislados. El comportamiento estructural del edificio objeto de estudio se ajusta a los requisitos normativos: E.020, E.060, E.030 Y E-031, para los 2 casos de suelo se tiene la misma superestructura donde variará las condiciones de diseño debido a los factores sísmicos.
Al realizar el análisis de los 2 casos de estudio se tiene una respuesta estructural respecto al periodo de vibración de la edificación con base fija y aislada, será la misma para los suelos S1 y S3 ya que está dada por la rigidez y masa de la estructura, donde para la muestra con base fija presenta en el modo 1_ T= 0.461 seg, modo 2 T=0.319 seg y el tercer modo T=0.284 seg y la estructura con aislamiento en la base presenta en el modo 1_T= 2.033 seg, modo 2_ T=2.011 seg y el modo 3_T=1.823 seg. Incrementando su valor hasta en un 77 % en el primer modo y 84% en los modos 2 y 3, la respuesta sísmica de la Vs en la base para la estructura con base fija y aislada con S1 para un SMC R=2 se reducen hasta en un 82 % valores que decaen de 1182.33 Tn a 214.83 Tn en la dirección X-X y 83 % con valores que se reducen de 1279.79 Tn a 214.11 en la dirección Y-Y, de acuerdo a nuestro análisis las Vx en la base para la estructura con base fija y aislada con S3 se reducen hasta en un 69 % valores que decaen de 1627.85 Tn a 506.49 Tn en la dirección X-X y 67 % con valores de reducción de 1535.64 Tn a 510.15 Tn en la dirección Y-Y, donde la influencia de relación entre los tipos de suelo S1/S3 para la estructura fija es del 27 % y para la estructura aislada del 58 % análisis en dirección X-X , así mismo para la dirección Y-Y se tiene valores influencia de relación entre los tipos de suelo S1/S3 de incremento del 17 % para la estructura fija y el 58% de incremento para la estructura aislada, en cuanto a los desplazamientos máx. alcanzados en el último nivel por la estructura con un tipo de suelo S1 en la dirección X-X se tiene valores que incrementan de 4.73 cm a 10.57 cm el cual representa el 55% y para la estructura con S3 se tiene valores de incremento de 6.53 cm a 24.73 cm en el último nivel, lo que equivale a un 74% y en la dirección Y-Y se tiene valores de incremento de 2.84 cm a 10.45 cm que equivale a 73% y para la estructura con S3 se tiene valores de incremento de 3.41 cm a 24.95 cm, lo que equivale a un 86%, donde la influencia de relación entre los tipos de suelo S1/S3 para la estructura fija es del 28% y para la estructura aislada del 57% en el sentido de análisis X-X, así mismo para la dirección Y-Y se tiene valores influencia de relación entre los tipos de suelo S1/S3 del 17 % para la estructura fija y el 58% de incremento para la estructura aislada. Así mismo respecto a las derivas que dentro de lo estipulado por la N.T.P. E.031 “Aislamiento Sísmico” para la estructura se obtuvo derivas mucho menores a las permitidas reducidas hasta un 80 % en la estructura aislada, la norma permite valores igual a 5 por 1000 o 0.005 para un análisis dinámico tiempo historia, por lo que los dispositivos de aislamiento sísmico permiten cumplir con el requerimiento de deriva máxima establecido en dicha norma.
Respecto a los aisladores de base de alto amortiguamiento HDRB en su predimensionamiento obtuvimos un DTM= 28.20 cm, lo cual al interpretar los resultados del diagrama de histéresis del aislador K6 Y K26, cumplen con los requisitos de diseño para el suelo tipo S1 obteniendo valores para un sismo de LIMA 1974_EW en la dirección Y-Y igual a 8.32 cm, y para un suelo S3 se alcanzó un valor de 32.69 cm incrementando su valor hasta en un 75% para el sismo de ICA 2007_EW en la dirección Y-Y se tiene un valor igual a 16.42 cm para un suelo S1, y para el suelo S3 un valor igual a 33.65 cm incrementando su valor en un 51 % , los valores del suelo tipo S3 sobrepasan los valores límites del DTM, por lo que para el suelo tipo S3 se deberá optar por aisladores de mayor capacidad y rigidez.
El límite de comportamiento sísmico definida por (Zayas, 2017), comenta que los contenidos como equipos médicos, materiales, etc. de la edificación en estudio no sufrirán daño debido, es decir se cumple la filosofía de la norma E-031, que es la funcionalidad continua cuando las aceleraciones son menores a 0.4 g, los valores de aceleración alcanzan valores entre 0.1905 g y 0.2529 g en la estructura fija y estas se reducen hasta en 90 % en la dirección X-X y en la dirección Y-Y hasta un 92 % respecto a la misma estructura aislada para un suelo tipo S1, para la estructura con el tipo de suelo S3 la estructura fija se reducen hasta en 83 % en la dirección X-X y en la dirección Y-Y hasta un 85 % respecto a la misma estructura aislada, entonces podemos afirmar que los contenidos (equipos médicos, materiales, etc.) no sufrirán daño, concluyendo que tendrá funcionalidad continua.
Descripción
Palabras clave
Factor suelo, Disipación de energía, Balance energético, Análisis, Tiempo historia, Aceleraciones, Amortiguamiento efectivo, Periodo