Evaluación sísmica de los efectos de irregularidad en planta de edificaciones aporticadas autoconstruidas e ideales con forma rectangular, cruz, u, l, t y o, localizadas en la ciudad del Cusco mediante la norma técnica E.030 aplicando el método de los elementos finitos

Abstract

En la presente investigación se analizó los efectos de la irregularidad en planta (esquinas entrantes) sobre la evaluación sísmica de edificaciones aporticadas de 1 a 5 niveles con forma rectangular, cruz, U, L, T y O, localizadas en la ciudad del Cusco (específicamente en el distrito de San Jerónimo), en relación al cumplimiento de la Norma Técnica E.030 Diseño Sismorresistente del año 2018 para perfiles de suelo S1, S2 y S3, para ello se hizo un análisis por irregularidad tanto en altura como en planta siendo la principal irregularidad la de esquina entrante. Empleando el método de análisis estático o de fuerzas equivalentes y el análisis dinámico modal espectral se llegó a hacer la evaluación sísmica de las edificaciones que se dividen en 3 grupos de la siguiente manera: edificaciones autoconstruidas existentes en forma de L, U y rectangular, edificaciones propuestas con medidas existentes y edificaciones propuestas optimizadas con forma rectangular, cruz, U, L, T y O. Las edificaciones aporticadas propuestas de forma rectangular, cruz, U, L, T y O fueron modeladas a base de medidas tomadas en campo de edificaciones existentes, medidas pertenecientes a alturas de entrepiso, distancia entre columnas, elementos estructurales como columnas de 0.25 m x 0.45 m, Vigas de 0.25 m x 0.40 m y altura de losa de 0.20 m, para verificar si cumplen la Norma Técnica E.030 del año 2018, calculando parámetros de periodo de vibración, cortante basal, cortante dinámica, cortante mínima, desplazamientos y derivas de entrepiso. Las edificaciones propuestas optimizadas con columnas centrales y perimetrales de 0.45 m x 0.45 m, columnas esquineras en forma de L de 0.25 m x 0.50 m, vigas principales y secundarias de 0.30 m x 0.45 m y altura de losa de 0.20 m vienen a ser modelados a consecuencia de que las edificaciones existentes e propuestas con medidas existentes no cumplen los parámetros de límites de distorsión de entrepiso, por lo que, como una solución para disminuir los excesivos desplazamientos absolutos se establecen estas nuevas dimensiones de vigas y columnas con las que se modelan nuevas edificaciones irregulares de 1 a 5 niveles de forma rectangular, cruz, U, L, T y O, para perfiles de los suelos S1(roca o suelos muy rígidos), S2 (suelos intermedios), S3 (suelos blandos), con el software Etabs tomando en consideración también el análisis por irregularidad. Asimismo, se realizó el modelamiento de edificaciones aporticadas mediante el método de elementos finitos de tipo sólido en el software SAP2000 para verificar en que parte de la edificación hay mayor concentración de esfuerzos, este tipo de elementos finitos se realizó discretizando la edificación en una cantidad finita de elementos (cubos), en el cual se puede verificar con diferentes colores las variaciones de esfuerzos axiales, tracción y compresión que resultan de la aplicación del espectro de pseudo-aceleración a la edificación lo que sirve para ver en qué lugar de la edificación se dan los mayores esfuerzos de tracción y compresión así como su distribución y variación. La presencia esquina entrante influye sobre la evaluación sísmica de las edificaciones aporticadas existentes, propuestas con medidas existentes e propuestas optimizadas, respecto a la irregularidad torsional e incremento de los desplazamientos máximos absolutos, lo que puede ser reducido mediante el cumplimiento de la Norma Técnica E.030 del año 2018, a través del incremento del área de columnas y vigas y la implementación de columnas en forma de L en las esquinas de las edificaciones. Las edificaciones propuestas optimizadas de 1 a 5 niveles en forma rectangular, cruz, U, L, T y O cumplen con los límites de distorsión de entrepiso para todos los perfiles de suelo ya que las vigas son de 0.30x0.45 m, columnas centrales y excéntricas de 0.45x0.45 m, columna en forma de L de 0.25x0.50 m y altura de losa de 0.20 m. Igualmente, se determinó que mediante el método de elementos finitos tipo sólido se puede observar la distribución de máxima de esfuerzos de tracción y compresión en las esquinas entrantes interiores de las edificaciones propuestas ubicadas en el distrito de San Jerónimo, provincia y departamento del Cusco.

In the present investigation, the effects of irregularity in plan (entering corners) on the seismic evaluation of porched buildings of 1 to 5 levels with rectangular, cross, U, L, T and O, located in the city of Cusco (specifically in the district of San Jerónimo), in relation to compliance with Technical Standard E.030 Earthquake-resistant Design of 2018 for soil profiles S1, S2 and S3, for this an analysis was made for irregularity both in height and in plan being the main irregularity that of the incoming corner. Using the method of static analysis or equivalent forces and the spectral modal dynamic analysis, the seismic evaluation of the buildings was made, which are divided into 3 groups as follows: realself-built buildings in the shape of L, U and rectangular, buildings Propuesta with real measurements and propuesta buildings optimized with rectangular, cross, U, L, T and O shapes. The propuesta buildings of rectangular shape, cross, U, L, T and O were modeled based on measurements taken in the field of real buildings, measurements pertaining to mezzanine heights, distance between columns, structural elements such as 0.25 mx 0.45 m columns , Beams of 0.25 mx 0.40 m and slab height of 0.20 m, to verify if they comply with Technical Standard E.030 of the year 2018, calculating vibration period parameters, basal shear, dynamic shear, minimum shear, displacements and mezzanine drifts. Propuesta buildings optimized with 0.45 mx 0.45 m central and perimeter columns, 0.25 mx 0.50 m L-shaped corner columns, 0.30 mx 0.45 m main and secondary beams and 0.20 m slab height are modeled as a result of real and propuesta buildings with real measurements do not meet the parameters of mezzanine distortion limits, so, as a solution to reduce excessive absolute displacements, these new dimensions of beams and columns are established with which new irregular buildings are modeled. 1 to 5 levels of rectangular shape, cross, U, L, T and O, for profiles of soils S1 (rock or very rigid soils), S2 (intermediate soils), S3 (soft soils), with ETABS software taking in I also consider irregularity analysis. Likewise, the modeling of buildings contributed by means of the solid-type finite element method is performed in the SAP2000 software to verify in which part of the building there is a greater concentration of efforts, this type of finite elements is done by discretizing the building in a finite amount of elements (cubes), in which you can verify with different colors the variations of axial stresses, traction and compression that result from the application of the pseudo-acceleration spectrum to the building, which serves to see where in the building it is they give the greatest tensile and compression stresses as well as their distribution and variation. The presence of the incoming corner influences the seismic evaluation of the buildings contributed real, propuesta with real measures and optimized propuestas, with respect to torsional irregularity and increased absolute maximum displacements, which can be reduced by complying with Technical Standard E. 030 of the year 2018, through the increase of the area of columns and beams and the implementation of L-shaped columns in the corners of the buildings. The propuesta buildings optimized from 1 to 5 levels in rectangular, cross, U, L, T and O shape meet the mezzanine distortion limits for all floor profiles since the beams are 0.30x0.45 m, central columns and eccentric of 0.45x0.45 m, L-shaped column of 0.25x0.50 m and slab height of 0.20 m. Likewise, it was determined that by means of the solid-type finite element method, the distribution of maximum tensile and compressive stresses in the interior incoming corners of the propuesta buildings located in the district of San Jerónimo, province and department of Cusco can be observed.