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Para el modelado del bloque ‘A’ del Instituto se consideró la utilización del software de análisis estructural y dimensionamiento de edificios ETABS (CSI, 2016). Este programa permite modelar, analizar y dimensionar rápidamente las estructuras con una buena interface gráfica. Cuenta con herramientas potentes de modelación y edición de la geometría, así como para la asignación de propiedades y cargas a la estructura, con lo que se puede tener fácilmente y en un tiempo relativamente corto, un modelo matemático representativo de la realidad.

5.3.1. Tipos de elementos utilizados en el modelo

En el modelado de un edificio se distinguen 2 familias de elemtos, los elementos tipo barra (frame) y los elementos tipo área (shell), siendo estos dos tipos de elementos los utilizados para el modelamiento del Instituto.

Los pórticos se modelan utilizando elementos tipo barra, por tanto, las columnas y las vigas se modelan con este tipo de elemento. Por otro lado, quedan los elementos tipo área que incluyen a las placas, las membranas y los elementos denominados shell. La elección del elemento tipo área (placa, membrana, shell) que se asigna a un elemento plano específico (losa, forjado, cerramiento, ..) dependerá del comportamiento estructural que queremos re-producir en el elemento plano a modelar.

Los elementos tipo membrana son estables de forma independiente, siempre que se tengan cargas en su plano y estén de alguna manera enmarcados por elementos tipo barra (frame). En nuestro caso, los forjados se idealizan como losas equivalentes y éstas, a su vez, son modeladas como membranas. De este modo, las cargas que gravitan sobre los forjados (losa equivalente) se distribuyen, tributariamente, a las vigas del perímetro del forjado, y desde éstas se entregan a las columnas.

Los elementos tipo placa o Shell-thin aportan rigidez en el plano y fuera de su plano, aumen- tando la rigidez de la estructura y, por ende, disminuyendo las derivas. Para este modela-miento se han utilizado los elementos tipo Shell-thin en los cerramientos de mampostería.

5. CASO DE ESTUDIO

56 5.3.2. Propiedades mecánicas de los materiales

En el diseño y modelamiento del Instituto se utilizaron 3 tipos de materiales: el acero, el hormigón y mampostería de ladrillo hueco. Las propiedades mecánicas de cada material fueron referenciadas según la normativa EH-91 (MOPT , 1991) y NBE-MV.102-1975 (MOPTMA , 1991), junto con el uso de manuales del programa ETABS (CSI, 2016).

Propiedades mecánicas del concreto

La Tabla 5-9 resume las principales propiedades del hormigón HA-250, que se ha usado en el modelado. El valor de la resistencia a la compresión del hormigón adoptado para el modelo es de f´c= 250 kgf/cm2, valor especificado en los planos del edificio. A continuación, en la Figura 5-6 a, se muestra la curva correspondiente a la ecuación constitutiva del hormigón.

Propiedades mecánicas del acero

Para el acero de refuerzo utilizado para el modelo, se tomó como referencia las características del acero AEH500N, según la normativa EH-91 (MOPT , 1991). La Tabla 5-10 muestra las propiedades del acero y la Figura 5-6 b, muestra la ecuación constitutiva del acero.

Tabla 5-9. Resumen de las propiedades mecánicas del concreto HA-250

Característica Valor Unidades

Resistencia a la compresión (f´c) 250 kgf/cm2

Peso especifico 2300 kgf/cm3

Módulo de Young (E) 326668,62 kgf/cm2

Coeficiente de Poisson (v) 0.2 -

Módulo de corte (G) 136111 kgf/cm2

Coeficiente de dilatación térmica 0.0000055 (ºC)-1

Tabla 5-10. Resumen de las propiedades mecánicas del acero AEH500N

Nombre A42

Característica Valor Unidades

Limite elástico del acero (fy) 4200 kgf/cm2 Carga ultima de rotura (Fu) 5250 kgf/cm2

Peso especifico 7850 kgf/m3

Módulo de Young (E) 2100000 kgf/cm2

Coeficiente de Poisson (v) 0.3 -

5. CASO DE ESTUDIO

57 5.3.3. Elementos estructurales

Los elementos estructurales del edificio ‘A’ del Instituto que servirán para darle resistencia y rigidez, en el momento de presentarse un sismo o simplemente para soportar el peso del edificio, son vigas, columnas, losas y muros de mampostería, los cuales se detallan a continuación. Al momento de ingresar las características de las vigas y columnas en el programa ETABS (CSI, 2016), éstas se consideraron como elementos ‘frame’, de sección rectangular. La Figura 5-7, a y b, muestra un esquema de las columnas y vigas.

Figura 5-6. Curvas constitutivas del hormigón (a) y del acero (b), en el software ETABS.

Columnas y Vigas

El hormigón utilizado en columnas y vigas consideradas en el modelo es HA-250, y la cantidad de acero de refuerzo longitudinal y transversal de cada sección se detalla en los anexos 3 y 5.

Forjados (Losas equivalentes)

El material de las losas equivalentes consideradas en el modelo es HA-250. Fue modela como membrana, con un espesor de 12 cm.

Cerramientos de mampostería

Los cerramientos de mampostería se consideran como ‘elementos área’, definiéndose en el programa ETABS como ‘Wall’.

a) b) c) d)

Figura 5-7. Columnas (a), vigas (b), forjado (losa equivalente de HA-250) (c) y cerramientos de mampostería cerámica hueca (d), considerados para el modelo del Instituto.

5. CASO DE ESTUDIO

58 5.3.4. Cargas aplicadas

En una primera etapa previa a la consideración de la acción sísmica, las acciones consideradas en el modelo son cargas estáticas gravitacionales. En este grupo de cargas están las car-gas permanentes debidas al peso propio (carga muerta). Por defecto, el programa ETABS considera el peso específico de los materiales de cada elemento y sus volúmenes, según sean los asignados, para calcular dicha carga muerta. Las demás cargas estáticas gravitacionales, como la sobrecarga no permanente de uso (carga viva) y la sobrecarga permanente de acabados, se evalúan de acuerdo a las normas utilizadas. En este caso se utilizó una carga viva distribuida en los forjados (losas equivalentes) de 400 kgf/m2, y una carga muerta de 100 kgf/m2, que representa a los acabados.

5.4. Capacidad, fragilidad e índice de vulnerabilidad.