Evaluación del nivel de desempeño sísmico del Colegio José Faustino Sánchez Carrión (GUE) de Trujillo aplicando el análisis dinámico incremental

Abstract

Este trabajo de investigación evalúa el nivel de desempeño sísmico del “Colegio José Faustino Sánchez Carrión (GUE) de Trujillo”, cabe mencionar que hasta la actualidad es la única Gran Unidad Escolar que tiene La Libertad con un área total de 57,202.80m2. La edificación fue construida inicialmente en el año 1954, pero en la actualidad cuenta con cinco módulos reconstruidos y remodelados en el año 2012, es considerada una “Edificación Esencial” según el Art. 10 (Categoría de Edificaciones) de la Norma Técnica de Diseño Sismorresistente E.0.30. En la siguiente investigación se ha evaluado el módulo de “Educación Secundaria” que consta de seis pabellones, resaltando que solo se evaluó dos pabellones por motivo que los cuatro pabellones faltantes son simétricos a ellos, los cuales son: el Pabellón A construido de tres pisos que consta de las aulas 3,11,19 en el primer, segundo y tercer piso respectivamente con un área techada de los dos primeros pisos típicos de 170.23m2 y la azotea de 128.29m2,además del pabellón B que consta de las aulas 1 y 2 ,9 y 10, 17 y 18 en el primer, segundo y tercer piso respectivamente con un área techada de los dos primeros pisos típicos de 105.64m2y la azotea de 83.01 m2 destinados a salones de clase. Nos fue muy importante para esta investigación utilizar el software ETABS 2016 v2.1, con el cual se modelaron en 3D los dos pabellones “A” y “B” teniendo como guía los detalles de planos de “Estructuras”(Planta de cimentación y losa aligerada) y de “Arquitectura” de las dos edificaciones en mención, con ayuda del software AUTOCAD 2018.Luego de terminado el ingreso de datos, propiedades de materiales, combinaciones de cargas, etc. y el correcto modelado, posteriormente se asignaron brazos rígidos y rotulas plásticas tipo “Fibras“ a las columnas y vigas, finalmente se haga una discretización por medio de un enmallado cuadriculado mediante láminas a las placas y losas aligeradas para que el programa lo analice mediante el método de “Elementos Finitos”, y así se aplique el Análisis Dinámico Incremental (IDA) con el fin de encontrar el nivel de desempeño sísmico de la estructura utilizando la propuesta de la SEAOC- VISION 2000. Posteriormente utilizamos el Análisis Dinámico Incremental (IDA), en el cual se utilizamos el análisis Tiempo-Historia incremental, considerando las propiedades dinámicas de los materiales y elementos estructurales, siendo necesario utilizar el método de “RITZ” (Load Dependent Ritz Vectors) o “vectores exactos” y también el método “EIGEN” o “vectores propios“ , en donde a diferencia de este anterior mencionado usa más modos de vibrar para llegar al 90% de masa participativa en cada dirección de análisis “X” y “Y”, pero efectos de análisis sísmicos es más preciso, directo y eficiente. En nuestro caso usamos el método RITZ para hacer el análisis Tiempo-Historia incremental utilizando registros sísmicos escalados del Perú de gran magnitud sometidos a aceleraciones de la gravedad (g) de 1g, 2g, 4g, 6g, 8g y 10g con el fin de obtener nuestras curvas IDA, derivas máximas de entrepiso, desplazamientos, cortantes basales y determinar el nivel de desempeño sísmico de nuestras estructuras “A” y B” y el método “EIGEN” lo utilizamos para el análisis dinámico considerando 3 modos de vibrar por piso. Finalmente determinamos varios Coeficientes Básicos de Reducción de las Fuerzas Sísmicas “Ro”, para cada dirección “x” e “y“ utilizando convenientemente las propuestas del ATC-40 y ATC-19, encontrándonos con resultados de Ro “mucho menores” y “más reales” comparados al de la norma actual E.0.30-2018 que clasifica a nuestras dos estructuras como “Muros Estructurales” con “Ro=6”, por lo cual gracias a esta investigación, futuros ingenieros podrían utilizar como base esta tesis para que sus estudios y cálculos se aproximen mucho más a un valor de Ro más real y confiable para sus próximos diseños estructurales. Concluyendo que las estructuras “A” y “B” analizadas, cumplen con un nivel de desempeño sísmico de “Seguridad de vida” y un “Estado límite de servicio” para sus ocupantes, dado que sus derivas máximas de entrepiso no sobrepasan los rangos de derivas limite establecidos por la SEAOC-VISION2000 y la ATC 40, entonces deducimos que no sería necesario una reparación futura, debido a que ambas estructuras tendrían un buen comportamiento no lineal, por lo tanto, estamos seguros las estructuras “A” y “B” cumplirán con su función de salvaguardar la vida de sus usuarios si llegasen a experimentar sismos de gran magnitud como los utilizados en el Análisis Dinámico Incremental(IDA).

This research paper evaluates the level of seismic performance of the “José Faustino Sánchez Carrión School (GUE) of Trujillo”, it should be mentioned that until now it is the only Great School Unit that has La Libertad with a total area of 57,202.80m ^ 2. The building was initially built in 1954, but currently it has five modules rebuilt and remodeled in 2012, it is considered an “Essential Building” according to Art. 10 (Building Category) of the Technical Standard for Seismic Resistant Design E.0.30. In the following investigation, the “Secondary Education” module consisting of six pavilions has been evaluated, highlighting that only two pavilions were evaluated because the four missing pavilions are symmetrical to them, which are: Pavilion A built with three floors consisting of 3,11,19 classrooms on the first, second and third floor respectively with a roofed area of the first two typical floors of 170.23m ^ 2 and the roof of 128.29m ^ 2, in addition to pavilion B consisting of Classrooms 1 and 2, 9 and 10, 17 and 18 on the first, second and third floors respectively with a roofed area of the first two typical floors of 105.64m ^ 2 and the roof of 83.01m ^ 2 for classrooms. It was very important for this investigation to use the ETABS 2016 v2.1 software, with which the two pavilions “A” and “B” were modeled in 3D, taking as a guide the details of plans of “Structures” (Foundation and slab lightened) and “Architecture” of the two buildings mentioned, with the help of the AUTOCAD 2018 software, after finishing the data entry, material properties, load combinations, etc. and the correct modeling, later rigid arms and “Fiber” plastic signs were assigned to the columns and beams, finally a discretization is made by means of a gridded grid by means of sheets to the lightened plates and slabs so that the program analyzes it by means of the “Finite Elements” method, and thus the Incremental Dynamic Analysis (IDA) is applied in order to find the level of seismic performance of the structure using the proposal of the SEAOC-VISION 2000. Later we use the Dynamic Incremental Analysis (IDA), in which we use the incremental Time-History analysis, considering the dynamic properties of the materials and structural elements, being necessary to use the method of “RITZ” (Load Dependent Ritz Vectors) or “ exact vectors ”and also the“ EIGEN ”or“ own vectors ”method, where unlike this previous one, it uses more ways of vibrating to reach 90% of participatory mass in each analysis direction“ X ”and“ Y ”, But seismic analysis effects is more accurate, direct and efficient. In our case, we use the RITZ method to perform the incremental Time-History analysis using large-scale scaled seismic records of Peru subjected to gravity accelerations (g) of 1g, 2g, 4g, 6g, 8g and 10g in order to obtain our IDA curves, maximum mezzanine drifts, displacements, basal shear and determine the level of seismic performance of our structures “A“ and B “and the“ EIGEN “method we use for dynamic analysis considering 3 ways of vibrating per floor. Finally, we determine several Basic Reduction Coefficients of the “Ro” Seismic Forces, for each “x” and “y” direction, using the ATC-40 and ATC-19 proposals conveniently, finding “much lower” and “more Ro results. real “compared to the current standard E.0.30-2018 that classifies our two structures as“ Structural Walls “with“ Ro = 6 “, so thanks to this research, future engineers could use this thesis as a basis for their Studies and calculations are much closer to a more real and reliable Ro value for your next structural designs. Concluding that the structures “A” and “B” analyzed, comply with a performance level of “Life Security” and a “State limit of service” for its occupants, since their maximum mezzanine drifts do not exceed the drift ranges limit established by SEAOC-VISION2000 and ATC 40, then we deduce that a future repair would not be necessary, because both structures would have a good non-linear behavior, therefore, we are sure structures “A” and “B” will comply with its function of safeguarding the life of its users if they experience earthquakes of great magnitude such as those used in Dynamic Incremental Analysis (IDA).