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Análisis comparativo entre el método de diseño basado en fuerzas (FBD) y el método directo de diseño basado en Desplazamientos (DDBD) para un edificio de concreto armado de sistema estructural dual de 7 niveles
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-04-20) Montufar Canal, Kevin André; Soto Oblea, Edward Jonathan
Los terremotos ocurridos alrededor del mundo durante el siglo pasado y en lo que va de este han llevado a ingenieros e investigadores a cuestionar los conocimientos y métodos de diseño que se conocían sobre la ingeniería sismorresistente. Es así que un primer cambio de enfoque ocurrió cuando se consideró a los desplazamientos como la principal causa del daño estructural en reemplazo de las aceleraciones y fuerzas que pueda experimentar una estructura. En base a esto, resulta lógico pensar que los métodos de diseño se deben basar en los desplazamientos y no en las fuerzas. Es así que Priestley, Moehle y Kowalsky, en los años 90, presentan el Método de Diseño Directo Basado en Desplazamientos (DDBD) como alternativa al diseño tradicional basado en fuerzas (FBD). El presente trabajo busca realizar un análisis comparativo entre el FBD y el DDBD aplicado a una estructura de sistema estructural dual de 7 niveles. El diseño por FBD estará basado en la Norma de Diseño Sismorresistente E.030 peruana del 2018, mientras que el DDBD en el texto Displacement-Based Seismic Design of Structures por Priestley et. al. del año 2007. En el Capítulo I, se presenta una introducción al tema, describiendo la situación. Además, se desarrolla la justificación y la importancia del trabajo. Finalmente, se describe el objetivo principal y los objetivos secundarios de la investigación. En el Capítulo II, se presenta el marco teórico en el cual se resaltan las principales características de ambos métodos, los niveles y objetivos de desempeño estructural según ASCE 41-13 y el diseño por capacidad de los elementos estructurales. Asimismo, se discuten las incoherencias conceptuales del método FBD y se desarrolla el marco conceptual del Análisis Estático No Lineal “Pushover” que se utilizará para evaluar el desempeño estructural de la estructura analizada para ver si cumple con los objetivos propuestos. Finalmente, se elabora una lista de todos los parámetros a ser comparados en la investigación. El Capítulo III reúne los procedimientos paso por paso del FBD y del DDBD basados en los documentos antes mencionados. Se presentan las expresiones matemáticas necesarias para los cálculos que se realicen. Adicionalmente, se presenta el procedimiento del “Pushover” según ASCE 41-13. En el Capítulo IV, se presenta el caso de estudio, el cual corresponde a una edificación destinada a oficinas de 7 niveles de sistema estructural dual ubicado en la ciudad de Lima. La distribución en planta, las propiedades de los materiales a utilizar y el metrado de cargas son mostrados. En el Capítulo V, se aplica la metodología descrita en el Capítulo III. Asimismo, los resultados obtenidos son presentados destacando el periodo estructural, la rigidez lateral, la fuerza cortante basal, los momentos de volteo, las fuerzas laterales y el diseño de los elementos estructurales. En el Capítulo VI, se realiza la aplicación del análisis “Pushover” para cada caso. Se presenta la curva y espectro de capacidad para cada método, estableciendo el punto y la matriz de desempeño. Mediante este análisis se demostró que el DDBD cumple de manera eficiente con los parámetros de diseño por desempeño, validando así la metodología. En el Capítulo VII, se realiza el análisis comparativo entre el FBD y el DDBD. Los resultados se presentan en gráficos que permiten explicar las diferencias de manera didáctica, evidenciando por qué el DDBD resulta más efectivo en la estimación del comportamiento real de una estructura ante movimientos sísmicos, ya que toma en cuenta la respuesta no lineal en la etapa de diseño. Por último, en el Capítulo VIII se discuten las conclusiones a las que se llegaron luego de aplicar el FBD y el DDBD para el caso de estudio y con los resultados del análisis “Pushover”. Asimismo, se presentan algunos comentarios finales sobre el trabajo y se brindan recomendaciones para futuras investigaciones relacionadas.