Guen Delman 2jtyjy

7/23/2019 Guen Delman 2jtyjy

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Curso ACHISINA Modelacin Estructural 19 al 23 de Noviembre 2007

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SEMINARIO MODELACION

ACHISINA 2007

VIRTUDES Y DEFECTOS DEL MODELAMIENTO

ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS

NOVIEMBRE - 2007

TOMAS GUENDELMAN BEDRACK


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Objetivos de esta Presentacin

Identificar algunas situaciones en las que se incorporan errores u

omisiones involuntarias en el anlisis y en el diseo de edificios.

Advertir respecto de simplificaciones, con cargo a aparentes

efectos de segundo orden, que resultan ser errneas.

Resaltar y propiciar el empleo de aspectos positivos de la prcticanacional, por considerarse referentes de calidad de un diseo.


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Requisi tos de Informacin

Especificaciones tcnicas incompletas, ambiguas o errneas.

Empleo de parmetros de suelos que no provienen de estudios de

Mecnica de Suelos propios del emplazamiento del proyecto.

Incompleta definicin de uso de espacios y de cargas habituales,

especiales o espordicas.

Se recomienda que el Ingeniero Estructural a cargo del diseo,

exija el suministro de informacin completa y coherente, evitando

errores u omisiones tales como:


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Desconocimiento de proyectos de construcciones futuras que puedan

afectar las solicitaciones de empuje de tierras.

Ausencia de especificacin de Mdulos elsticos del material y del

suelo, segn se trate de cargas de larga o corta duracin.

Ausencia de una descripcin detallada del sistema y secuenciaconstructivas, sin las que se podra detectar situaciones, previas al

trmino de la obra, que pudieran resultar crticas en el diseo.


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Resistencia lateral compartida por 3 o ms ejes en cada direccin.

Empleo de experiencia acumulada en el pas

Densidad de muros (Area de muros/Area planta) comprendida entre

3 y 6 %.

Valores de H/T en torno a 70 m/seg (rango medio de los edificios

chilenos).

Precauciones especiales en edificios bajos de alta rigidez.


6

0

50

100

150

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Perodo (s)

Figura N2: Perodo Fundamental

Altura(m)

Parmetro H(m)/T(seg)


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Modelamiento

Convergencia y estabilidad, en especial para la accin de cargas

dinmicas con integracin paso a paso.

t2 t1

convergencia estabilidad

Zona Factible

t1 t2

estabilidad convergencia

Control de Precisin numrica:

Valor numrico que se asigna a la rigidez de elementos

estructurales que simulan comportamiento de cuerpo rgido.

Inconsistencia de grados de libertad


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Ejemplo:

Modelo mixto de elementos finitos y barras. Malla de 25x25 cm


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Modelo de elementos finitos de 50x50 cm


10

Diagrama de Momentos

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Posicin (m)

Momento(Ton-m)

Malla 50x50

Barra Sin Vinculo


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11

Modelo mixto de elementos finitos y barras


12

Diagrama de Momentos

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Posicin (m)

Momento(Ton-m)

Barra Con Vinculo

Malla 25x25

Malla 10x10


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Consideraciones especiales en edificios de muros

Compatibilidad

vertical

Empleo incorrecto de modelos 3D con compatibilidad total

(6GL), si la estructura resistente est compuesta por muros que

se vinculan en aristas comunes.

Evitar el empleo de resortes desacoplados o alas colaborantespara restituir el monolitismo estructural. Utilizar compatibilidad

vertical.


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Efectos de la exclusin de Refuerzos de Losa

Aplicacin a edificio de 20 pisos

Muro X

Muro Y


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b ?

a) MEF: Modelo de Elementos Finitos

b) MME: Modelo Marco Equivalente

c) BIELAS: Modelo sin efecto de Refuerzo de losas

losaespesore e

MLb ii

=

+= *1.0

COMPARACION DEL ANALISIS

En el caso (b), las vigas representativas de los Refuerzos de losa tienen un ancho dado por:


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Perodos y masas equivalentes en direccin X

Modo Periodo Meq Modo Periodo Meq Modo Periodo Meq

N [s] % N [s] % [s] %

3 0.471234 72.1493 3 0.4806 72.26 3 0.8858 64.97

7 0.133711 15.3727 7 0.1367 15.74 7 0.1786 20.65

12 0.066698 5.1881 12 0.0686 5.06 11 0.0773 6.62

16 0.043158 2.6692 16 0.0448 2.57 16 0.0474 3.07

20 0.031355 1.5214 20 0.0328 1.46 20 0.0338 1.65

23 0.024559 0.9492 24 0.0259 0.91 24 0.0263 0.98

29 0.020195 0.6261 29 0.0214 0.6 29 0.0216 0.6333 0.017208 0.4334 35 0.0183 0.41 35 0.0184 0.43

MEF MME BIELAS


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Perodos y masas equivalentes en direccin Y

Modo Periodo Meq Modo Periodo Meq Modo Periodo Meq

N [s] % N [s] % [s] %

2 1.093016 67.3694 2 1.1422 67.09 2 1.5962 64.16

5 0.258192 17.6193 5 0.2671 18.16 5 0.3044 20.21

8 0.113781 6.2542 8 0.1177 6.31 8 0.1248 6.83

11 0.06814 3.1842 11 0.0709 3.18 12 0.0732 3.36

14 0.047187 1.8404 14 0.0495 1.81 14 0.0504 1.9

18 0.035687 1.1585 18 0.0378 1.12 18 0.0382 1.16

21 0.028592 0.768 21 0.0305 0.73 21 0.0307 0.75

25 0.023877 0.5296 25 0.0257 0.49 25 0.0258 0.5

27 0.020566 0.3744 28 0.0223 0.34 28 0.0224 0.35

31 0.018148 0.2685 32 0.0198 0.24 32 0.0199 0.24

MME BIELASMEF


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Formas modales en X

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

-0.060 -0.040 -0.020 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080

Formas de Vibrar

NdePiso

1er Modo MEF

1er Modo MME

1er Modo BIELAS

2do Modo MEF

2do Modo MME

2do Modo BIELAS

3ER Modo MEF

3ER Modo MME

3ER Modo BIELAS


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Diagrama de Esfuerzos Axiales y Momentos Flectores en Muro X

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Momento [tonm]

Cota[m]

MEF

MME

BIELAS

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300 350

Esfuerzo Axial [ton]

Cota[m]

MEF

MME

BIELAS


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La viga equivalente a la losa plana provoca importantescambios en los parmetros vibratorios y en los esfuerzosinternos.

Presencia de esfuerzo axial en muros no garantiza unadisminucin de las armaduras, a pesar de la reduccin queexperimenta el momento flector.

Su diseo debe ser concordante con el mecanismo de falla.

Conclusiones:

Diferente mecanismo de plastificacin entre viga convencional ylosa plana.

Adopcin de disposiciones del Captulo 21 del ACI-318, en loreferente a viga dbil-columna fuerte.

Debe revisarse concepto de Refuerzo de Losa. Lasarmaduras pueden distribuirse en una mayor extensin.


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Fotografa fachada Sur Modelo de elementos finitos Marco plano equivalente

Flujo de cargas

Caso Edificio Don Jos, sismo 1985


22

La incapacidad del muro transversal de trasmitir la torsin produjo

agrietamiento, pero no colapso, liberndose los compromisos

tensionales entre muros y vigas.

La pequea distancia entre la viga desplazada y la fachada fueresponsable de que el muro transversal intentara transferir esfuerzos

va torsin secundaria, o de compatibilidad.

TORSION

PRIMARIA

a

A

P

B

TORSION

SECUNDARIA

P

E

A

F

B

C

G

D


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Anlisis para cargas verticales


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25


26


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27

Tratamiento de ejes no conectados en todos los pisos.

Algunos casos en que esto ocurre son los siguientes:

Muros de subterrneos.

Ejes que desaparecen por efecto de rasantes.

Pisos de doble altura.

Edificios de losas desplazadas.


28

Muchos programas requieren completar todas las vigas y columnas

de un retculo, y proponen llenar los vacos de elementos inexistentes

con barras ficticias de propiedades muy pequeas.

Esto significa un error en los casos en que el relleno se produce en

pisos intermedios desconectados, como se aprecia en el ejemplo

siguiente:

correcto

errneo


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Estados crticos durante el proceso constructivo. Edificio Telefnica(Diseo: Ren Lagos C.)


30

Parece recomendable verificar que el corte mnimo sea un

requisito tanto en el primer piso del edificio como en el nivel

de fundaciones. La sola consideracin del esfuerzo de corte en

el nivel de fundaciones puede resultar insuficiente para la

superestructura.

El grfico siguiente representa una muestra de alrededor de 30

edificios (algunos de los casos son reales), situados en Zona 2 ySuelo II. Se identifican con puntos los valores individuales de la

muestra y se insina una curva de tendencia.

Esfuerzo de Corte Basal y Esfuerzo de Corte Mnimo


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31

Corte en primer piso (Q1 ) con respecto a

Corte Basal (Q0 ) de 5%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 10 20 30 40 50

Nmero de p isos sobre subterrne os

Q

(%r

espectodelpeso

acumuladoaesepiso)

Se desprende de este ejemplo que, en general, el subdiseo

de la superestructura se manifiesta a partir de los 20 pisos

por sobre los subterrneos.


32

Con el objeto de no exagerar el diseo de la estructura de

subterrneos, ni el de las fundaciones, se propone que el

escalamiento para el primer piso, de ser necesario, slo aplique

desde ese piso hacia arriba, mantenindose el del nivel basal

inferior para la zona de subterrneos y fundaciones.

No obstante lo anterior, es importante sealar que los esfuerzos

en los muros de subterrneo deben considerar el efecto singular

de su repentina aparicin en la estructura, lo que provoca fuertesconcentraciones de esfuerzos, como se aprecia a continuacin:


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33

Traspasos sbitos en muros de subterrneos.

V/Q vs. Luz/Canto

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5

D/4 (Luz/Canto)

V/Q


34

Consistencia de unidades. En particular, se detectan

errores en masas que se ingresan como peso y en espectros

tabulados en funcin de f en lugar de w.

Deteccin de errores que no se evidencian con facilidad:

Planos enrejados pertenecientes a estructuras espaciales.

Losa con nudos fuera de un plano.

Certificacin de software: Parches y actualizaciones.


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35

Factor de Reduccin de la Aceleracin Espectral R*

R* se expresa en 6.3.5.3 (NCh433.Of96), en funcin de T0, Ro y T*.

T0: Parmetro medido en segundos, dependiente del Tipo de Suelo.

Ro: Factor de Modificacin de Respuesta Estructural.

T*: Perodo del modo con mayor masa equivalente en la direccin del anlisis.


36

Suele ocurrir que los modos estn fuertemente acoplados y queimportantes cambios de perodos naturales no se asocien a

igualmente importantes variaciones de las masas traslacionales.

17.38%30.17%0.775

22.65%25.33%1.065

Meq-YMeq-XT

El siguiente es un ejemplo real en un edificio cuyo diseo

satisface NCh433.Of96 para Tx=0.775seg. y para Ty=1.065seg.

Es esto razonable?


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37

En tales casos, y en conformidad con el prrafo 5.8.1 y con su

Comentario, es importante buscar direcciones horizontalesdistintas, que desacoplen de mejor manera las formas modales.

Algo similar ocurre en edificios de mediana altura, en los que el

peso significativamente ms grande de los subterrneos con

respecto al de los pisos tpicos, origina que la masa traslacional

equivalente del modo que predomina en los subterrneos,

controle el valor de T*.

Problemas similares al descrito se presentan en edificios de

diferente altura, que comparten subterrneos.

Conclusin: Algo hay que modificar en NCh433.Of96.


38

Expresin par a las fuerzas del mtodo esttico de an lisis de la norma NCh433.Of96 (prrafo 6.2.5)

Fk = Q0 *(Ak Pk )/SUMA(Aj Pj ) ; Ak = RAIZ(1 - Zk- 1/H) - RAIZ(1 - Zk /H)

Apl icaci n en ed ifi cio de 8 p isos

Piso (k) Pk h Zk Ak PkAk Fk /Q0

8 200 3 24 0,354 70,711 0,215

7 400 3 21 0,146 58,579 0,178

6 400 3 18 0,112 44,949 0,137

5 400 3 15 0,095 37,894 0,115

4 400 3 12 0,083 33,385 0,101

3 400 3 9 0,075 30,182 0,092

2 400 3 6 0,069 27,756 0,084

1 400 3 3 0,065 25,834 0,078

BASE 0 0PESO TOTAL = 3000 H = 24 SUMA(PjAj ) = 329,289 1,000

Errores del mtodo esttico de la norma NCh433.Of96


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Verificar la concurrencia de un nmero adecuado de modos devibrar para garantizar que la masa equivalente acumulada sea

igual, o supere, la exigencia normativa. Esto es especialmente

importante en el caso de modelos de elementos finitos y masas

consistentes.

Confirmar la correcta definicin de las direcciones del anlisis

ssmico mediante el empleo de los factores de acoplamiento

modal de masas equivalentes, cortes y momentos flectores

basales.

Consideraciones miscelneas

Emplear un modelo simplificado para certificar rdenes de

magnitud de resultados obtenidos con modelos sofisticados.

Verificacin del equilibrio en la posicin deformada.


40

Vnculo entre convencin de signos del anlisis y

disposicin consecuente de armaduras o de refuerzos en

general.

Cumplimiento de normas.

Comprensin del mecanismo de falla, o al menos,

identificacin del detonante principal de la eventual falla.

Verificacin del diseo a corte de losas, para garantizar la

transferencia de cargas entre ejes resistentes verticales.

Como se observ en ejemplo anterior, esta condicin por lo

general controla el diseo de losas en cielo de primer

subterrneo.


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Deformaciones de largo plazo.

Recubrimientos:

Verificar cumplimiento de ACI318-95, prrafo 7.7.1

Comprobar que se utilicen, al menos, los valores menores

sealados en los comentarios para Chile

Comprobar en terreno que no existan discrepancias de

importancia con las sealados en el proyecto.

Discrepancias en evaluacin del empuje en muros de

subterrneo.


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Conservacin del equilibrio.

Modelo Puntal-Tensor en el diseo

Su empleo debe garantizar:

Detallamiento adecuado de anclajes.

El pre o postensado se tratan como cargas.

Cargas externas se aplican slo en los nudos.

Fuerzas uniaxiales en puntales y tensores.

Ausencia de traccin en el concreto.


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Calificacin Estructural

Indicadores de Rigidez

Indicadores de Acoplamiento

Indicadores de Ductilidad y Redundancia.

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