Análisis comparativo de comportamientos sísmicos entre sistemas estructurales aporticados configurados con acartelamientos de secciones cónicas, y los sistemas estructurales aporticado y dual convencionales; caso edificación “Residencial Kala”, Cusco 2021

Abstract

En el presente trabajo de investigación se llevaron a cabo análisis paramétricos comparativos, en materia de comportamiento sísmico, para evaluar la incidencia que tiene la incorporación de Vigas Acarteladas de Sección Cónica dentro de los sistemas estructurales convencionales Aporticado y Dual en concreto armado dispuestos por la norma peruana E.030 (2020). Estudio que tuvo como excusa de probeta, una edificación multinivel de ocho plantas con fines de vivienda, ubicada en la ciudad del Cusco y denominada “Residencial Kala”. Para lo cual, 90 diferentes casos de prueba hipotéticos fueron inscritos, en los cuales la estructuración de cada propuesta de diferenciaba por si 1) los perfiles de acartelamiento de sus vigas fuesen Circulares, Elípticas o Parabólicas; 2) los peraltes de acartelamiento de estas; 3) las localizaciones que tuvieran dentro del sistema; y 4) la existencia (o no) de muros estructurales. Por otro lado, los 2 casos de control para los sistemas convencionales fueron también modelados. Posteriormente, los especímenes fueron sometidos a Análisis Estructurales Modales Espectrales por el Método de los Elementos Finitos a cargo del paquete computacional ARSAP 2022. Análisis que fueron ajustados a los procedimientos y propiedades dictadas por normas peruanas E.020: Cargas; E.030: Diseño sismorresistente; y E.060: Concreto armado. Llegándose legítimamente a formular cálculos restringidos a comportamientos lineales y elásticos tanto mecánica como geométricamente, siendo luego aproximados a comportamientos plásticos según lo requerido. Consecuentemente, los resultados mostraron que la incorporación de estos tipos de Vigas no Prismáticas dentro de ambos sistemas, inducen a incrementos de Cortantes, Momentos de Volteo y Torsiones Basales del orden de hasta 133.7%, 134.8% y 95.0%; respectivamente, en la dirección de análisis más crítica. No obstante, en esa misma dirección sísmica (X) se documentaron importantes ganancias de rigidez, en función a reducciones de Derivas y Máximos Desplazamientos Pseudo-plásticos, de hasta 59.8% y 70.6%, respectivamente. En lo que respecta a irregularidades estructurales provocadas por su inclusión, se reportó alzas en los Índices de Irregularidad Torsional de hasta 22.2% en la comparación entre sistemas Duales, y de bajas de hasta 8.1% en la comparación entre sistemas Aporticados. Luego, se detectaron decrementos de Periodos de Vibración de hasta 62.0% para casos Aporticados, y 52.3% para casos Duales. Finalmente, respecto a los Pesos Estructurales, se obtuvo que podían variar desde descuentos de 2.4% para sistemas Duales, hasta aumentos de 16.8% para sistemas Aporticados.

In this thesis, comparative parametric analyses were carried out, in matter of seismic behavior, to assess the incidence that the incorporation of Conic Section Haunched Beams have on conventional reinforced concrete Framed and Dual structural systems disposed by the Peruvian code E.030 (2020). Study that had as test object, a multi-story building of eight levels for housing purposes, located in the city of Cusco and called “Residencial Kala”. In that way, 90 hypothetical test cases were inscribed, where each proposal of structuration differed accordingly whether 1) its haunched beam profiles were Circular, Elliptical or Parabolic; 2) their haunch depths; 3) haunched beams locations inside the system; and 4) the existence (or not) of shear walls. On the other hand, the two control cases for conventional systems were modeled as well. Subsequently, structured specimens were subjected to Modal Spectral Structural Analyses by the Finite Element Method brought out by the computational package ARSAP 2022. These analyses were adjusted to the dictated procedures and properties by the Peruvian codes E.020: Loads; E.030: Seismic-resistant design; and E.060: Reinforced concrete. Thus, legit formulated calculations were restricted to lineal-elastic behaviors both mechanically and geometrically, being approximated into plastic behaviors according to those design codes. Consequently, results showed that the incorporation of these types of Non-prismatic Beams in both systems, lead to Base Shears, Overturning Moments and Torsions increments up to 133.7%, 134.8% and 95.0%; respectively, in the most critical direction of analysis. Nevertheless, in that same seismic direction (X), important stiffness increases were found, in function of Drifts and Maximum Pseudo-plastic Displacement reductions, down to 59.8% and 70.6%, respectively. In regards of structural irregularities caused by their inclusion, augmentations up to 22.2% on Torsional Irregularity Indices were reported inside the Dual systems comparation, but also diminishments down to 8.1% inside the Framed systems comparation. Continually, decrements on Vibration Periods were detected, for percental values down to 62.0% on Framed cases, and 52.3% for Dual cases. Finally, in function of Structural Weights, it was obtained that non-conventional systems proposed could allow discounts down to 2.4% for Dual systems, but additions up to 16.8% for Framed systems.