Influencia de la altura del edificio en las resistencias requeridas considerando la rigidez efectiva, la no linealidad geométrica y las imperfecciones iniciales dentro del analisis estructural de las edificaciones de concreto armado

Abstract

El propósito de esta tesis es conocer la relevancia que tiene la altura total de la estructura en las variaciones de las fuerzas internas de los elementos estructurales y los desplazamientos en un análisis estructural incluyendo la rigidez efectiva, la no linealidad geométrica y las imperfecciones iniciales, con respecto a un análisis estructural elástico. Para conocer la relevancia que tiene altura total de la edificación, se propuso una estructura compuesta por muros de concreto armado en las esquinas, y en las cajas de la escalera y el ascensor, con columnas en la zona interna de la edificación, conectando estos elementos verticales mediante vigas, formando una serie de pórticos y muros acoplados. Esta configuración se mantiene en todos los edificios analizados, variando las dimensiones de las secciones trasversales de las columnas y vigas, el espesor de los muros y la resistencia del concreto (f’ c de 210 kg/cm 2 para los edificios de 4 y 6 pisos, y de 280 kg/cm 2 para los de 8 y 10 pisos). Para el desarrollo del “Análisis ERNI” (Análisis estructural incluyendo la rigidez efectiva, la no linealidad geométrica y las imperfecciones iniciales) se revisaron diversas investigaciones sobre la rigidez efectiva aceptadas por el ACI tomando aquellas que predicen mejor el comportamiento de los elementos de una manera simple. Los efectos de segundo orden se modelaron mediante cortantes secundarias y se propuso un método para representar las imperfecciones iniciales mediante cargas ficticias en base a las tolerancias admitidas por el ACI 117-10 del desplome de los elementos verticales. Debido a que el Análisis ERNI requiere un gran proceso de datos, se creó una herramienta informática llamada ARE2015 que procesa la información del análisis estructural realizado en ETABS generando nuevos datos para ser enviados al ETABS creando una serie de ciclos. Sabiendo que encontrar la solución exacta del Análisis ERNI conlleva un gran consumo de recurso informático y tiempo por ello se estableció una tolerancia admisible de los desplazamiento relativos de 0.05 mm. De esta manera, los análisis se realizaron exitosamente demostrando que el Análisis ERNI en comparación con el Análisis Elástico existen incrementos en los desplazamientos los cuales son directamente proporcionales a la altura total de la estructura y también incrementos en las fuerzas internas de gran relevancia en los elementos estructurales que tienen importancia en la rigidez lateral de la estructura como son los muros en este estudio.

The purpose of this thesis is to know the relevance of the height of the structure in variations of internal forces of the structural elements and the displacements in a structural analysis including the effective stiffness, then geometric non-linearity and the initial imperfections with respect to an elastic structural analysis. In order to know the relevance of height of the building, a structure composed of concrete shear walls was proposed in the corners, around the staircase and elevator shaft, with columns inside of the building, these vertical elements are connected by beams, forming a series of frames and coupled walls. This configuration is maintained in all the buildings analyzed, varying the dimensions of the cross sections of the columns and beams, the thickness of the walls and the strength of the concrete (f'c of 210 kg / cm 2 for buildings of 4 and 6 floors, and 280 kg / cm 2 for buildings of 8 and 10 floors). For the development of the ““ERNI Analysis““ (Structural Analysis including the effective stiffness, the geometric non-linearity and the initial imperfections), several investigations about the effective stiffness accepted by the ACI were reviewed, taking those that better predict the behavior of the elements in a simple way. Second order effects were modeled by secondary shear forces and a method was proposed to represent the initial imperfections by means of notional loads based on the tolerances allowed by the ACI 117-10 about of the deviation of plumb. Because the ERNI Analysis requires a large data process, a computer tool called ARE2015 was created that processes the structural analysis information made in the ETABS, generating new data to be sent to the ETABS by creating a series of cycles. Knowing that finding the exact solution of ERNI Analysis leads to a large consumption of computer resources and time for this reason an allowable tolerance of relative displacements of 0.05 mm was established. In this way, the analyzes were carried out successfully demonstrating that the ERNI Analysis in comparison with the Elastic Analysis there are increments in the displacements which are directly proportional to the height of the structure and also increases in the internal forces of great relevance in the structural elements which are important in the lateral stiffness of the structure as are the walls in this study.