Desempeño sísmico de un edificio de 14 pisos con disipadores de energía en la ciudad de Tumbes - 2018

Abstract

El tema elegido para desarrollar como tesis es el complemento a una tesis desarrollada por mi persona en otra institución para la obtención del Título Profesional de Arquitecto. El proyecto es un Hotel de 4 Estrellas que es parte de un Terminal Terrestre, estos dos conforman un solo proyecto que se diseñaron en conjunto. Pero se optó por la implementación de disipadores de energía al Hotel, porque cuenta con 14 pisos con 56.8 m de altura. Tiene un ancho de 20.34 m y 32.5 m de largo. En el primer piso se encuentran la zona social y zona de servicio, en el segundo piso la zona administrativa, tercer piso la zona de sauna y del cuarto al décimo cuarto piso se encuentran las habitaciones. Está ubicado en el la región Tumbes, provincia de Tumbes, distrito de Tumbes, en un terreno que ya está destinado en el Plan de Desarrollo Urbano de la Ciudad de Tumbes. El cual se encuentra sobre un suelo de perfil S2 (Con una carga admisible de 1.429 Kg/cm2). Los disipadores sísmicos son sistemas presentes sobre una subestructura y superestructura de edificios como es el caso, permiten mejorar la respuesta sísmica de aquella, mediante la mejora de sus propiedades mecánicas (fuerza, momentos, deformaciones, desplazamiento), aumentando los periodos, proporcionando amortiguamiento, la absorción de la energía adicional y reduciendo sus deformaciones según sea el caso. Actúan disipando grandes cantidades de energía en la resistencia de los edificios de grandes alturas asegurando que estas estructuras no sufran excesivos daños y continuación en su uso. El edificio tiene un factor en función al sistema estructural de 60(Ct) porque es un sistema dual de concreto armado y muros estructurales (placas). Como punto de partida se desarrolla un pre-dimensionamiento basado en el ACI (2014), luego se procedió a realizar un Análisis Estático también denominado de fuerzas equivalentes que es la función es aplicar fuerzas actuando en el centro de masas final de cada entre piso. Después se realizó un Análisis Dinámico Modal Espectral (tiempo-historia), dando como resultado un correcto comportamiento que se rige a la norma peruana sismorresistente E-030. Se comprueba que la estructura cumple para un posterior diseño sísmico con estar muy por debajo de las derivas máximas estipuladas en la E-030, y que la evaluación de derivas para la presente tesis no será solamente con la E-030 si no también, mediante la relación daño- deriva de la Metodología Hazus, por ende se tiene que hacer uso de un sistema de protección sísmica, que para la presente serán los disipadores de fluido viscoso Taylor, para la cual se emplearon las siguientes normas:  Realizar el análisis estructural de la edificación (ASCE 7-10)  Calcular las propiedades del disipador de energía – diseño en acero (Fema 273-274, AISC Steel Construction 13th)  Análisis por desempeño (Hazus, Vision2000) Se concluye el proceso de análisis y diseño estructural en acero de la edificación de uso Hotel, la estructura ante el suceso de un sismo severo, estará en la capacidad de soportar sin ningún problema y brindar el resguardo de vida y estabilidad global, teniendo un daño de leve ha moderado reparable. Durante el largo proceso de análisis el modelo dinámico – matemático de la edificación se ha sometido a numerosos cambios debido al comportamiento lineal, sismo moderado e incursionando en la no linealidad ante diferentes sismos severos. La influencia del incremento de amortiguamiento mediante los disipadores fue esencial para que el edificio cumpla las derivas de entrepiso, dicho esto se llegó a las siguientes conclusiones: Ante un evento sísmico severo, en una estructura convencional sin disipadores, la absorción de las fuerzas sísmicas lo realizan los muros estructurales y columnas, en un edificio con disipadores, son ellos los primeros en realizar la absorción sísmica dejando la diferencia a la estructura y al suelo de fundación si se considerase el efecto de interacción sísmica suelo estructura. Los disipadores de fluido viscoso no alteran los periodos naturales de vibración ni las frecuencias, manteniendo dichos valores estables en los diferentes modelos matemáticos. El acoplamiento de disipadores viscosos logró satisfacer las necesidades estructurales y cumplir los requerimiento arquitectónicos, dejando los 3 primeros nivel lo más libre posible, factor fundamental tratándose de uno Hotel. La utilización de un sistema de protección sísmica como en esta oportunidad disipadores de fluido viscoso, son una inversión de costo- beneficio tratándose de estructuras esenciales e importantes, donde el colapso total o parcial de estas estructuras, significarían una gran pérdida de vidas humanas y gran pérdida económica, es por ello que los disipadores de fluido viscoso son los más usados a nivel mundial tanto en edificaciones nuevas como existentes.

The chosen topic to develop as a thesis is the complement of a thesis developed by me for another institution in order to obtain the Professional Title of Architect. The project is a four- star Hotel that includes a Bus terminal; these two projects form one which was designed together. For that reason, we opted to implement the Hotel with energy dissipators because it has 14 floors with 56.8 m of height. It has a width of 20.34 m and 32.5 meters long. On the first floor, you will find the social and service area; on the second floor, the administrative area; on the third floor, the sauna area; and from the fourth to the fourteenth floor, you will find the bedrooms. It is located in the region of Tumbes, province of Tumbes and district of Tumbes, in a plot of land that has already been destined in the Urban Development Plan of the City of Tumbes which is situated on a soil profile type S2 (with a capacity for work on the ground of 1.429 kg/cm2). The earthquake dissipators are present systems on a substructure and superstructure of buildings that allow improving the earthquake response of the structure, by improving its mechanical properties (force, moments, deformations and displacement), increasing the periods, bringing damping, the absorption of the additional energy, and reducing their deformations when appropriate. They dissipate great amounts of energy in the resistance of high-rise buildings ensuring that these structures do not suffer excessive damages and its use continues. The structure has a factor on the basis of the structural system of 60 (Ct) because it is a reinforced concrete and wall dual structural system (panels). In first place, a pre-dimensioning based on the ACI (2014) was developed; after that, a Static Analysis also called equivalent forces was performed (its function is to apply forces acting in the center of final masses of each mezzanine. Then, a Modal Spectral Dynamic Analysis (time-history) was performed, resulting in a correct behavior if it is governed by the E-030 earthquake resistant Peruvian standard. It is proved that the structure complies with the parameters for a subsequent earthquake design because it is under the maximum stipulated drifts in the E-030, and the evaluation of drifts for this thesis will not be only made with the E-030, but also through the damage and drift relation of the Hazus Methodology. Therefore, we have to make use of an earthquake protection system, which for the structure will be the Taylor viscous fluid dampers, for which the following standards were employed:  Perform the structural analysis of the building (ASCE 7-10)  Calculate the properties of the energy dissipator − steel design (Fema 273-274, AISC Steel Construction 13th)  Performance analysis (Hazus, Vision2000) Finally, the process of analysis and the structural design in steel of the Hotel are completed. The structure (in the event of a severe earthquake) will be in the capacity to support the event without any problem, provide protection and global stability; it could suffer a slight to moderate repairable damage. During the long process of analysis, the dynamic mathematical model of the building had undergone to numerous changes due to the linear behavior, moderate earthquake and entering in the nonlinearity before different severe earthquakes. The influence of the increment of damping through the dissipators was essential for the building to comply with the drifts of mezzanine. said that thefollowing conclusions were reached: Before a severe seismic event, in a conventional structure without dissipators, the absorption of the seismic forces is carried out by the structural walls and columns, in a building with dissipators, they are the first to realize the seismic absorption leaving the difference to the structure and the foundation soil if we considered the effect of seismic interaction soil structure. The viscous fluid heatsinks do not alter the natural vibration periods or the frequencies, keeping these values stable in the different mathematical models. The coupling of viscous dissipators was able to satisfy the structural needs and fulfill the architectural requirements, leaving the first 3 levels as free as possible, a fundamental factor when dealing with a Hotel. The use of a seismic protection system, as in this case viscous fluid dissipators, is a cost-benefit inversion for essential and important structures, where the total or partial collapse of these structures would mean a great loss of human life and great economic loss, that is why viscous fluid dissipators are the most widely used worldwide in both new and existing buildings.