Estudio comparativo de análisis y diseño de estructuras aporticadas de hormigón armado, aplicando los espectros de la microzonificación sísmica del cantón Portoviejo y los espectros de la NEC-15

Abstract


 La ciudad de Portoviejo cuenta desde el 2017 con espectros de diseño específicos resultados del estudio de microzonificación sísmica del cantón. Esta investigación se origina por el escaso uso que se da a los espectros de diseño indicados en el estudio de microzonificación por parte de calculistas estructurales, quienes continúan usando los espectros que se indican en la Norma Ecuatoriana de la Construcción del 2015 para analizar y diseñar las estructuras, tanto de hormigón armado como de acero estructural. El objetivo de esta investigación es medir las variaciones de desplazamientos laterales y esfuerzos globales en estructuras aporticadas de hormigón armado mediante un análisis sísmico, empleando tanto los espectros de la norma ecuatoriana como los espectros de la microzonificación sísmica de Portoviejo. Se analizaron seis estructuras, tres de ellas regulares en planta y en elevación, las cuales eran de tres, cinco y ocho niveles de altura y otras tres estructuras irregulares de tres y dos niveles. Las estructuras fueron modeladas en Etabs, y se usó el análisis sísmico modal espectral en que se variaba el espectro de diseño. En cuanto a los espectros de la microzonificación se usaron los indicados para las microzonas M4 y M5 mientras que los espectros de la norma considerados corresponden a la zona sísmica VI en suelos tipo D y E consistentes con los tipos de suelo de las microzonas M4 y M5. Adicionalmente se evaluó la variación del área de aceros de refuerzo en elementos principales. De este esta investigación se puede concluir que: i) en las estructuras de dos, tres y cinco niveles, los desplazamientos se amplificaron al emplear los espectros de la microzonificación sísmica, la microzona 4 entrega el mayor valor. En la estructura de ocho niveles los espectros de la norma dan los mayores desplazamientos. ii) en la estructura de ocho niveles los mayores esfuerzos de corte y momento se presentaron al emplear los espectros de la norma ecuatoriana de la construcción. iii) al diseñar las estructuras los resultados no presentaron una variación significativa, se obtuvo una mínima diferencia en cuanto a los aceros de refuerzos longitudinales. iv) en la ciudad de Portoviejo, las estructuras construidas con frecuencia no superan los tres niveles y al ser diseñadas con los espectros de la norma se estaría subestimando la aceleración sísmica de diseño. Se recomienda el uso de los espectros de la microzonificación, que son resultado de un trabajo específico para las condiciones de la ciudad.
 
 Palabras claves: Microzonificación Sísmica, Espectros de Diseño, Análisis Sísmico, Diseño Sísmico.
 
 Abstract— The Portoviejo city has since 2017 with specific design spectrum results of the study of seismic microzoning in the canton. This research originates from the limited use given to the design spectrum indicated in the microzonation study by structural engineers, who continue to use the spectrum indicated in the 2015 Ecuadorian Construction Standard to analyze and design the structures, both reinforced concrete and structural steel. The objective of this investigation is to measure the variations of lateral displacements and global efforts in structures provided with reinforced concrete to be analyzed seismically using both the spectrum of the ecuadorian norms and the spectrum of the seismic microzoning of Portoviejo. Six structures were analyzed, three of them regular in plan and elevation, which were three, five and eight levels high and three other irregular structures of three and two levels. The structures were modeled in Etabs, and the spectral modal seismic analysis was used, varying the design spectrum. Regarding the microzonation spectrum, those indicated for microzones M4 and M5 were used, while the spectrum of the standard considered correspond to seismic zone VI in soils type D and E consistent with the soil types of microzones M4 and M5. Additionally, the variation of the area of reinforcement steels in main elements was evaluated. From this research it can be concluded that: i) in the structures of two, three and five levels, the displacements were amplified by using the spectrum of the seismic microzonation, the microzone 4 generated the highest value. In the eight-level structure the spectrum of the norm give the greatest displacements. ii) in the eight-level structure the greatest cutting and momentum efforts were presented when using the spectrum of the Ecuadorian construction standard. iii) when designing the structures, the results did not show a significant variation, a minimum difference was obtained regarding the longitudinal reinforcement steels. iv) in the city of Portoviejo, the structures built frequently do not exceed three levels and being designed with the spectrum of the standard would be underestimating the seismic acceleration of design. The use of microzonation spectra is recommended, which are the result of specific work for city conditions.
 
 Keywords: Seismic microzonation, Design spectrum, Seismic Analysis, Seismic Design.