Estudio de la vulnerabilidad s­smica de edificios de hormig³n armado

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Estudio de la vulnerabilidad sísmica de edificios de hormigón armado

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_____________________Estudio de la vulnerabilidad ssmica de edificios de hormign armado 1 NDICE MEMORIA ndice memoria 1 Resumen....4 Resum..4 Abstract..5 Agradecimientos..6 Captulo 1: Introduccin...7 1.1. Objetivo.7 1.2. Conceptos..7 1.2.1. Peligrosidad.........................................7 1.2.2. Vulnerabilidad...8 1.3. Antecedentes..9 1.4. Normativa ssmica en Espaa..9 1.4.1. Norma Ssmica Espaola NCSE-02.11 Captulo 2: Edificacin en Barcelona....13 2.1. Urbanismo (proyecto ensanche de Ildefons Cerd).13 2.1.1. Historia....13 2.1.2. El proyecto: El ensanche de Barcelona de Ildefons Cerd.14 2.2. Tipologas constructivas..17 2.3. Sismicidad en Barcelona....19 2.2.1. Introduccin..19 2.2.2. Ciudad20 2.2.3. Geologa..20 2.2.4. La amenaza (tectnica y sismicidad)..20 Captulo 3: Descripcin del edificio22 3.1. Situacin geogrfica del edificio...22 3.2. Caractersticas bsicas del edificio..25 3.2.1. Cuadro resumen...25 3.2.2. Dimensiones principales del edificio.28 3.2.3. Relaciones de reas...28 3.3. Cumplimiento de normativa.28 3.4. Tipos de cargas30 Sergio Moreno Rodrguez________________________________________________________ 2 3.4.1. Cargas vivas.30 3.4.2. Cargas muertas.30 3.4.3. Cargas accidentales................30 3.4.4. Distribucin de cargas en el edificio.31 3.5. Materiales.33 3.5.1. Los elementos resistentes de cargas..33 3.5.2. Los elementos no resistentes de cargas40 3.6. Diseo del edificio.42 Captulo 4: Modelizacin del edificio.46 4.1. Programa ETABS46 4.2. Proceso de diseo en ETABS...47 4.2.1. Combinacin de cargas...57 4.3. Discusin y modelo seleccionado.59 Captulo 5: Vulnerabilidad ssmica.63 5.1. Tipos de anlisis.63 5.1.1. Tipos de anlisis estructurales..63 5.1.2. Anlisis ssmico66 5.2. Resumen ATC-40..66 5.2.1. Mtodo para realizar el anlisis no-lineal...66 5.2.2. Procedimientos para determinar la capacidad....67 5.2.3. Procedimientos para determinar la demanda (desplazamientos)...68 5.2.4. Procedimientos para comprobar el rendimiento en el mximo desplazamiento esperado..72 5.3. RISK-UE.72 5.3.1. Objetivos.72 5.3.2. Clasificacin de los edificios. Tipo de edificio modelo...75 5.3.3. Diseo del edificio y niveles de desempeo..78 5.3.4. Estados de dao en edificios..81 5.3.5. La matriz de clasificacin de edificios (BTM) en las ciudades del RISK-UE...82 5.4. Mtodo de LM2.86 5.4.1. Descripcin.86 5.4.2. Evaluacin de dao del edificio.87 5.4.3. Modelado de fragilidad.88 5.4.4. Resumen de curvas de fragilidad.89 _____________________Estudio de la vulnerabilidad ssmica de edificios de hormign armado 3 5.5. Eurocdigos89 5.6. Eurocdigo 8....89 5.7. EMS-98 (Escala Macrossmica Europea).94 Captulo 6: Aplicacin a nuestro edificio.97 6.1. Anlisis esttico..97 6.1.1. Reacciones en los apoyos..97 6.1.2. Esfuerzos axiales en elementos lineales98 6.1.3. Esfuerzos cortantes en elementos lineales..100 6.1.4. Momentos flectores en elementos lineales..102 6.1.5. Momentos torsores en elementos lineales.....105 6.1.6. Esfuerzos mximos en elementos de superficie..106 6.1.7. Momentos mnimos en elementos de superficie..108 6.1.8. Momentos mximos en elementos de superficie.109 6.1.9. Cortantes mximos en elementos de superficie..110 6.1.10. Deformada..111 6.2. Datos geotcnicos.112 6.3. Clculo ssmico...113 6.3.1. Aceleracin ssmica.113 6.3.2. Aceleracin ssmica de clculo...114 6.3.3. Clasificacin de importancia y factores de importancia para los edificios..115 6.3.4. Espectro de demanda.116 6.4. Anlisis modal..118 6.4.1. 1er modo de vibracin...118 6.4.2. 2 modo de vibracin.120 6.4.3. 3er modo de vibracin.121 6.5. Anlisis esttico no-lineal.123 6.5.1. Curva de capacidad (pushover) y estados de dao..123 6.5.2. Punto de desempeo..126 Captulo 7: Resultados y discusin..130 Captulo 8: Conclusiones..132 Captulo 9: Bibliografa..134 9.1. Normativa...134 9.2. Otros documentos.134 Anejos a la memoria Sergio Moreno Rodrguez________________________________________________________ 4 RESUMEN Lasgravesconsecuenciasquesucedentantoenedificioscomoen infraestructurasurbanas,sedebenalasgrandesaccionesocatstrofes naturalesdevastadorasque ocurrensinpodersercontroladasyquehasta hace relativamente pocos aos no se ha tenido suficientemente en cuenta. Una de estas catstrofes naturales son los terremotos, que son fenmenos que ocurren por la rotura de placas tectnicas, las cuales se llaman fallas. Los terremotos, tambin llamados sismos se producen a cierta profundidad delacortezaterrestre,estepuntosellamahipocentro.Elmismopunto proyectado en la corteza terrestre se llama epicentro. Desde el hipocentro se propagan los diferentes tipos de ondas que produce el sismo y se van disipando a medida que avanzan. Lossismos,comoyahecomentado,sonunosfenmenosqueprovocan destrozosque acarreancongrandes prdidaseconmicasyconlamuerte deunnmeroelevadodepersonas,generalmenteseencuentran relacionadasconelcomportamientopocoadecuadooinsuficientedelas estructuras.Ytodoestopornoprestarlelasuficienteatencinalestudio ssmico estructural. Debido a que los terremotos tienen un papel lo suficientemente importante en cuanto a seguridad estructural, es digno de ser estudiado el efecto que producen en los edificios. RESUM Lesgreusconseqnciesquesucceeixentantenedificiscomen infraestructuresurbanes,esdeuenalesgransaccionsocatstrofes naturals devastadores que ocorren sense poder ser controlades i que fins fa relativamentpocsanysnos'hatingutprouencompte. Una d'aquestes catstrofes naturals sn els terratrmols, que sn fenmens queocorrenpeltrencamentdeplaquestectniques,lesqualsesdiuen falles.Elsterratrmols,tambanomenatssismesesprodueixenacerta profunditat de l'escora terrestre,aquest punt es diu hipocentre.El mateix puntprojectatenl'escoraterrestres'anomenaepicentre. Des del hipocentre es propaguen els diferents tipus d'ones que produeix el sismeiesvandissipantamesuraqueavancen. _____________________Estudio de la vulnerabilidad ssmica de edificios de hormign armado 5 Elssismes,comjahecomentat,snunsfenmensqueprovoquen destrossesqueocasionenambgransprdueseconmiquesiamblamort d'unnombreelevatdepersones,generalmentestrobenrelacionadesamb el comportament poc adequat o insuficient de les estructures. I tot aix per noprestarlasuficientatencial'estudissmicestructural. Comqueelsterratrmolstenenunpaperprouimportantpelquefaa seguretatestructural,sdignedeserestudiatl'efectequeprodueixenen els edificis. ABSTRACT Theseriousconsequencesthatoccurbothinbuildingsandurban infrastructureareduetolargestockordevastatingnaturaldisastersthat cannotbecontrolledandthat,untilrelativelyrecentyearshavenotbeen sufficientlytakenintoaccount. Oneofthesenaturaldisastersisearthquakes,aphenomenonthatoccurs due the breakage oftectonic plates creatingfault lines.Earthquakes occur atthedepthattheEarthscrust.Thispointiscalledthehypocenter.The samepointprojectedintheearth'scrustiscalledtheepicenter. Differenttypesofwavesproducedbytheearthquakegeneratefromthe hypocenteranddissolveastheymove. Earthquakes,asIsaid,areaphenomenonthatcausesdamagewhichcan provoke large, economic losses and the death of a large numbers of people. Usuallythisextremedamageisrelatedtoinappropriateorinadequate structures. This is all due to not paying sufficient attention to the structural seismicsurvey. Asearthquakesholdasignificantroleintermsofstructuralsafety,itis worth studying the effect they have on buildings. Sergio Moreno Rodrguez________________________________________________________ 6 AGRADECIMIENTOS Esteproyectosehapodidorealizargraciasaciertaspersonasquesehan involucradoeneldesarrollodelmismo.Porestarazndedicoatodaslas personas que han intervenido en el seguimiento de este proyecto. Dedicoestetrabajoy agradezcoamidirectorJosRamn GonzlezDrigo porproponermeyhacerelseguimientodeesteinteresantetrabajode investigacin,amicodirectorJoanDvilaBlasiporproporcionarmelos planosydatosdediseoestructural,yaJorgeArturovilaHaropor esforzarsecomoelprimeroenguiarnosenelproyecto,yayudarnosenla realizacin del estudio ssmico del edificio. A mis compaeros de proyecto fin de carrera Rubn Mateos, Sonia Borrs y SergioVzquezporestaralpiedelcantodoslosdasdetrabajo, compartiendo informacin de gran inters con el fin de realizar el proyecto. Finalmente, quiero agradecer a mi novia Laura Cabrera por estar siempre a milado,ysu apoyo, quehasidofundamentalpararealizarelproyecto.A mihermanoRalMorenoporconfiarenmiproyectoyestarah escuchndome cada vez quele explicaba mis batallas con el trabajo. A mis padresPedroJosMorenoyJosefinaRodrguezporelcario,apoyoy confianza que me han dado siempre. Y a Zar por su cario incondicional. _____________________Estudio de la vulnerabilidad ssmica de edificios de hormign armado 7 CAPTULO 1: INTRODUCCIN 1.1.Objetivo Elproyectoconsisteenrealizarelestudiodevulnerabilidadssmicadeun edificiodehormignarmadoconstruidoenBegues(pueblodelaprovincia deBarcelona)portaldeobservar cmo actaeledificioantelapresencia de terremotos, sometido al estudio de diferentes tipos de intensidades. Este estudio se realiza en un programa de anlisis no lineal de estructuras llamado ETABS. Se introduce el edificio (modelo) en el programa con todas las propiedades de materiales que lo forman y las cargas a lascuales est sometido.Yfinalmenteserealizaelestudiossmicoconlasdiferentes combinaciones de carga por tal de darnos la curva de capacidad del edificio, y ver el punto mximo de fuerza cortante-desplazamiento o deformacin. 1.2.Conceptos 1.2.1.Peligrosidad Seentiendeporamenazaopeligrosidadssmicadeunazona,cualquier descripcindelosefectosprovocados por terremotosenelsuelodedicha zona.Lapeligrosidadssmicasedefinecomo:laprobabilidadde excedenciadeunciertovalordelaintensidaddelmovimientodelsuelo producido por terremotos, en un determinado emplazamiento y durante un periodo de tiempo dado.Sergio Moreno Rodrguez________________________________________________________ 8 La definicin comnmente aceptada fue dada por la UNDRO (1980). Dado que los parmetros inherentes al movimiento son el desplazamiento, lavelocidadylaaceleracin,lapeligrosidadesamenudoestimadaen funcindelosvaloresmximosdeestospar