Aspectos de modelamiento en edificios de planta libre

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2015
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Abstract
Esta tesis trabaja con aspectos de modelamiento en edificios de planta libre ubicados en Santiago, Chile. Este tipo de estructuración es hoy en día un tema de gran interés y su uso es cada vez más frecuente dada su gran flexibilidad arquitectónica. El objetivo de esta investigación es evaluar la incertidumbre para distintos aspectos de modelamiento en edificios de planta libre; estos aspectos son: (i) el tipo de elementos finitos usados; (ii) la influencia de incluir o no el diafragma rígido por piso; (iii) el efecto del tamaño de la malla de elementos finitos; y (iv) el nivel donde se impone el corte mínimo de diseño para la estructura, aspecto muy discutido en las empresas de Ingeniería. Para lograr este objetivo, se modelaron seis edificios reales de planta libre. El modelamiento considera distintos softwares de análisis estructural: ETABS (ET) y ANSYS, este último bajo dos modalidades, conocidas como Workbench (AW), que trabajó con elementos sólidos, y APDL (AP), que trabajó con elementos finitos planos.
También se realizaron mediciones experimentales en cada uno de los edificios, donde a partir del registro de vibraciones ambientales se obtuvieron los periodos de los primeros cuatro modos de los edificios para validar los resultados de los modelos. Se realizó un análisis modal espectral para los edificios y cada uno de los softwares, obteniéndose las siguientes respuestas globales: corte por piso y deformación de entrepiso. A partir de estos resultados se realizó un análisis de sensibilidad para los aspectos antes mencionados. Los resultados muestran un error máximo en el periodo fundamental de 18,7%, 4,6% y 19,6% para ET, AW y AP, respectivamente, con respecto a los periodos obtenidos con las mediciones. También se observa que la diferencia en el corte basal alcanzó el 14,7% y el 5,5% comparando ET-AW y ET-AP, respectivamente. A su vez, al comparar AW-AP se obtiene un error máximo del 4,5% para el corte basal y del 6,9% para la deformación de entrepiso.
Considerar diafragma rígido en los pisos ubicados por sobre el nivel de terreno es una buena aproximación con respecto al modelo flexible. Sin embargo, no se obtiene una reducción significativa en los tiempos de cálculos. El error tiende a aumentar a medida que se agregan diafragmas a los subterráneos, sobre todo a nivel de los elementos del núcleo, por lo que este proceso no es recomendable. El periodo fundamental de la estructura muestra sensibilidad al modificar el tamaño de la malla de elementos finitos en los elementos ubicados sobre el nivel de terreno, pero no en los elementos de los subterráneos, lo que permite relajar la malla en estos elementos sin caer en errores significativos. Al variar la el nivel de empotramiento de los edificios, se obtuvo una reducción máxima del 15,2% para el modo fundamental, 27,5% para el máximo porcentaje de masa modal efectiva y un 4,5% para el factor de reducción de la aceleración R*, al considerar los casos extremos (caso sin subterráneos y caso con todos los subterráneos incluidos). Finalmente, estos edificios mostraron el nivel basal como el nivel crítico en términos de flexibilidad de la estructura y, salvo un caso excepcional, el nivel donde se recomienda imponer el corte mínimo de diseño.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2015
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