Texture analysis methods

Para la definición de los parámetros elásticos del suelo, tales como: módulo de Elasticidad E [EX], relación de Poisson µ [PRXY] y densidad ρ [DENS]; se consultaron estudios geotécnicos aferentes a la zona de estudio.

Con respecto a los parámetros definidos para la estructura de concreto aporticada se establecieron de acuerdo a lo señalado por la NSR-98 en los artículos C.8.4.5.1, C.8.5.4.2 y B.3.2 [7], para el módulo de elasticidad, relación de Poisson y densidad respectivamente. En el Cuadro 1 se observa un resumen de los parámetros elásticos de la estructura y del suelo de fundación utilizados en el modelo.

Cuadro 1. Parámetros elásticos de la estructura y el suelo de fundación.

Concepción del modelo

Se definió el uso de la edificación como de ocupación especial, de uso institucional.

La configuración estructural del modelo evaluado es un sistema de pórtico, el cual, es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y horizontales.

Las cargas que se consideran en el análisis son las cargas estáticas y dinámicas. Carga estática: se evalúan las cargas permanentes como son: la placa de entrepiso y la escalera; también la carga viva para uso institucional. En esta evaluación no se tendrán en cuenta el peso propio de los elementos estructurales como lo son las vigas y columnas, puesto que, se consideran en la interfaz del programa.

Carga dinámica: la carga dinámica en el presente trabajo está representada por los espectros elásticos de diseño [8] de la NSR-98 y NSR-10 (Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo resistente.

Desarrollo del modelo en ANSYS Geometría.

Para la definición de la estructura se concibió una planta geométrica, simétrica al eje X y se definieron las alturas de entrepiso de acuerdo a lo establecido para edificaciones de uso institucional [7]. Selección de tipos de elementos.

Los elementos que se usaron en el modelo son: SOLID65, SOLID45 y MASS21. En la Figura 1, ensamble.

Figura 1. Ensamble general de volúmenes que conforman la estructura aporticada y el suelo de cimentación

Mallado del modelo.

Una vez definidos los tipos de elementos a usar en el modelo, el set de constantes reales pertinentes según el tipo de elemento y su aplicación y las propiedades de los materiales que se usarán en el análisis, se procede a discretizar el modelo en elementos finitos atendiendo las siguientes pautas:

Previo al proceso de mallado, se deben aplicar los atributos de la malla a las entidades que conforman el dominio que se discretizará.

Se debe seleccionar un tamaño de elemento adecuado que garantice una convergencia óptima de los resultados. Para la selección del tamaño adecuado de elemento se realizaron pruebas de convergencia a modelos a escala del modelo completo. Para tal fin se plantearon dos prototipos, uno para calibrar el tamaño adecuado del elemento para la masa de suelo y otro para calibrar el tamaño adecuado de elemento para los sólidos que conforman el sistema aporticado.

El mallado debe hacerse lo más controlado posible, evitando las mallas libres en cuanto sea posible, de esta forma los análisis serán menos costosos computacionalmente. En la Figura 2 se

observa el modelo completo mallado y la Figura 3 es un detalle del mallado en la zona de cimientos.

Figura 2. Modelo completo mallado

Fuente: Autores.

Figura 3. Detalle del mallado del suelo próximo a los cimientos

Fuente: Autores.

Condiciones de contorno del dominio. Cargas y restricciones.

Este modelo está sometido a dos diferentes tipos de cargas gravitacionales, una, conformada por el peso propio de todos los elementos los cuales son función directa de la densidad del material y de la gravedad actuante en el modelo; y la segunda, son las cargas sobre-impuestas sobre las vigas del sistema aporticado. Todas estas cargas se tuvieron en cuenta sin mayorar y la carga viva se consideró en el 100% partiendo bajo el supuesto que, en el análisis, la estructura se encuentre

sometida a sus cargas máximas de uso cotidiano.

Las restricciones del modelo están dadas por imposibilidad de traslación en las tres direcciones ortogonales del sistema de referencia utilizado, UX, UY y UZ en todos los nodos de la parte inferior de la masa de suelo y en los nodos de las caras laterales se restringen las traslaciones en UX y UY y libres las traslaciones en UZ. El resto de los nodos queda con los tres grados de libertad UX,UY y UZ. Solución del análisis

En el presente modelo se realizaron dos tipos de análisis, un análisis estático y un análisis modal espectral.

El análisis estático no requiere de la definición de parámetros específicos. Una vez definido el tipo de análisis en el programa se procede a ejecutar la solución del problema.

El propósito del análisis modal es describir el fenómeno de la dinámica estructural de un sistema a través de sus modos de vibración [9]. En el análisis modal- espectral es necesario definir diferentes variables que pueden condicionar la solución del problema. A continuación se citan los métodos especificados para la solución del análisis modal-espectral:

Método de extracción modal: Se utilizó el método de Block Lanczos [10], el cual involucra todos los grados de libertad de la estructura y tiene una rápida convergencia lo que permite un ahorro en tiempo computacional.

Numero de modos a extraer: en este modelo fueron extraídos 12 modos de vibración de la estructura; Numero de modos a expandir: fueron expandidos 12 modos; Calcular resultados en elementos: se indicó que se deben calcular resultados en elementos para cada uno de los modos.

Direcciones de incidencia de las aceleraciones espectrales: el espectro actúa en un 100% en la dirección X y un 30% en la dirección Y; Factor de amplificación de los valores espectrales: el factor de amplificación es el valor de la gravedad (9.81) dado que los valores espectrales indicados están en función de g; Tipo de análisis espectral: se usa el análisis espectral SINGLE POINT, el cual consiste en la utilización de una única señal espectral para todo el modelo.

Método de combinación modal: SRSS, raíz cuadrada de la suma de los cuadrados.

Amortiguamiento del espectro: el espectro tiene una relación de amortiguamiento de 0.05 respecto al crítico; Umbral significativo: el umbral significativo es de 1x10-8. Todos los modos de vibración que tengan coeficientes de modo menores que este umbral no son tenidos en cuenta para la combinación modal; Frecuencias y valores espectrales: estos valores son obtenidos de la NSR-98 y NSR-10.

3. RESULTADOS Y DISCUSION