Análisis numérico de la respuesta estructural de un edificio de concreto armado con tanque de agua en Lima-Perú

Abstract

El Perú, al encontrarse en una zona de alta amenaza sísmica, requiere que el diseño sismorresistente sea una prioridad en la ingeniería estructural. Dentro de este contexto, los tanques de agua ubicados en los techos de edificaciones presentan un desafío particular, ya que su posición puede influir en la respuesta dinámica de las estructuras. Por ello, el presente trabajo de investigación se enfoca en la influencia de la ubicación del tanque de agua en edificaciones con sistema de muros estructurales de concreto armado mediante un análisis dinámico, enfocándose en el contexto de la considerable amenaza sísmica. Estos tanques pueden reducir desplazamientos del techo según su ubicación y diseño, pero en lugares inadecuados podrían incrementarlos. El propósito central consiste en analizar la respuesta de un edificio de 10 pisos en Lima, considerando la influencia del tanque de agua. Se plantean distintos modelos de ubicaciones y cantidades de almacenamiento para evaluar el comportamiento global de la estructura. La hipótesis sugiere que la posición y almacenamiento del tanque impactan en el comportamiento estructural. La investigación se desarrolla bajo un enfoque descriptivo-aplicativo, el cual comprende la identificación del problema, el estudio del marco teórico y el diseño de la investigación. El análisis de datos se realiza mediante el programa ETABS para la recopilación y análisis numérico de datos, realizando análisis estáticos y dinámicos, y comparando los resultados con variaciones en el almacenamiento y posición del tanque. Los resultados indican en su mayoría que el colocar un tanque de agua en el techo afecta los desplazamientos hasta un 5%, cortantes 14%, aceleraciones 15% y distorsiones hasta un 7% de cada piso en comparación a un edificio sin tanque. Además, se concluye que una ubicación lejana al centro de masas de la estructura incrementa las deformaciones, y que, al tener el tanque lleno, puede influir en la rigidez o flexibilidad de esta.

Peru, being located in a zone of high seismic hazard, requires seismic-resistant design to be a priority in structural engineering. In this context, water tanks placed on the roofs of buildings present a particular challenge, as their position can influence the dynamic response of structures. Therefore, this research focuses on the influence of the location of the water tank in buildings with reinforced concrete wall systems through a dynamic analysis, emphasizing the context of significant seismic hazard. These tanks can reduce roof displacements depending on their location and design, but if placed in inadequate positions, they may increase them. The main objective is to analyze the response of a 10-story building in Lima, considering the influence of the water tank. Different models with varied locations and storage capacities are proposed to evaluate the overall structural behavior. The hypothesis suggests that the tank's position and storage capacity impact the structural performance. The methodological approach is descriptive and applied, divided into problem formulation, theoretical framework analysis, and research design. ETABS software is used for the collection and numerical analysis of data, performing static and dynamic analyses, and comparing the results based on variations in the tank’s position and storage. The results mostly indicate that placing a water tank on the roof affects displacements by up to 5%, shear forces by 14%, accelerations by 15%, and interstory drifts by up to 7% per floor compared to a building without a tank. Furthermore, it is concluded that a location far from the structure’s center of mass increases deformations, and that a full tank can influence the stiffness or flexibility of the structure.