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Introducción a laDinámica de Estructuras

y alDiseño Sismo Resistente

Josef Farbiarz F., M.S.C.E.Profesor Asociado

Facultad de MinasUniversidad Nacional de Colombia

Sede Medellín I.1

PrefacioPresento estas notas para organizar algunas de mis ideas acerca de los temas que en ellas se bosquejan. Aunque lejos están de representar una síntesis completa del conocimiento actual sobre dinámica de estructuras e ingeniería sísmica, las ofrezco al lector a guisa de lazarillos para quien desee dejarse seducir por el asombroso mundo de la modelación de vibraciones.Poco de lo que presento es mi creación original, y ninguna parte de su contenido refleja mi invención o descubrimiento. En su mayoría consiste en la adaptación de información que se encuentra en la vasta literatura sobre el tema.

I.2

Prefacio(Continuación...)

Especialmente, una parte de las imágenes y el desarrollo de algunos temas proviene de la generosidad de colegas como los Ingenieros Luis Enrique García Reyes y Andrés Ochoa Sierra, quienes desinteresadamente me ofrecieron una colección de sus diapositivas para su divulgación académica. De las notas de Luis Enrique provienen algunas de las adaptaciones contenidas en los apartes que se refieren a acelerogramas, espectros de respuesta, espectros de diseño, comportamiento inelástico, diseño por desplazamiento y la presentación de la NSR-98.De las de Andrés provienen las de la mampostería no estructural.

I.3

Prefacio(Continuación...)

Gracias a la diligencia de algunos alumnos, se han corregido muchos de mis errores; sin embargo, quién sabe cuántas equivocaciones e inexactitudes puedan aún asechar en estas páginas, obvio y exclusivo reflejo de mi perenne torpeza mecanográfica.

Josef Farbiarz F.Medellín, 02-2003

I.4

I

GENERALIDADES

I.5

GeneralidadesIngeniería Sísmica:“Es la rama de la ingeniería que abarca todos los esfuerzos prácticos para reducir, e idealmente eliminar, la peligrosidad sísmica”Sismo:“Los sismos son un tipo especial de peligro natural, con baja probabilidad de ocurrencia, y cuyas consecuencias son de gran importancia en términos de la destrucción y sufrimiento que provocan”

F. Press, “The role of science and engineering in mitigating natural hazards”, Proc. 8th WCEE, Jan 13-24, 1981

I.6

Generalidades(Continuación...)

Un peligro natural de baja frecuenciaMayoría de víctimas son causas indirectasdel sismoOcurren un promedio de 10 000/añoSólo 60 importantes (Ms>6,5)Promedios anuales en el último siglo:

100 000 muertos500 000 damnificadosUS$10 000 000 000 en pérdidas

I.7

Generalidades(Continuación...)

Causas más comunes de muertes y daños por sismos:Licuefacción del sueloCimentaciones inadecuadasCambios bruscos de rigidez

Piso débilFrentes retrasadosIrregularidad en planta

Elementos mal diseñadosMal mantenimiento

I.8

Generalidades(Continuación...)

Potencial DestructivoMagnitudFuenteTamaño, distribución y desarrollo económico de la poblaciónGrado de preparación

Prevención:No es factible

Probabilidad:No es confiable

Predicción:Parece no ser posible

Preparación:Posible y necesario

I.9

Filosofía de la Sismo ResistenciaPrevenir todo tipo de daño durante eventos sísmicos de baja intensidad y alta recurrenciaPrevenir el daño estructural y minimizar el daño no estructural durante movimientos sísmicos de intensidad moderada y ocurrencia ocasionalEvitar el colapso o el daño serio durante eventos sísmicos severos de rara ocurrencia

• Rigidez• Resistencia• Capacidad de

disipación de energía

Provisiones necesarias en la estructura para, idealmente, cumplir la meta

CÓDIGOS

Generalidades(Continuación...)

Aún se diseña para proteger la vida sólo de manera “razonable” y no absoluta; no se evita el daño

I.10

Generalidades(Continuación...)

Falla del terreno por ruptura de falla sísmica o por efectos de la onda sísmicaVibraciones transmitidas por el terreno a la estructuraTsunamis y seiches

Daños directos

Microzonificación

IncendiosInundacionesDeslizamientos y avalanchas

Indirectos

No los tratan los códigos

I.11

Generalidades(Continuación...)

Amenaza y riesgo sísmicosMicrozonificación

Caracterización de la actividad sísmica:SismofuentesMagnitud máximaPeríodos de recurrenciaLeyes de atenuación

I.12

Estimación de efectos probables:Ruptura superficialTsunamis y seichesDeslizamientosInundacionesLicuefacciónAsentamiento diferencial

Evaluación de intensidad (Niveles de aceleración)Estimación de niveles de daños y pérdidasEvaluación de beneficios de rehabilitación sísmica

Microzonificación(Continuación)

Generalidades(Continuación...)

I.13

Generalidades(Continuación...)

Comportamiento sísmico adecuadoConfiguración en altura y en plantaSistema estructuralMaterialesCalidad de construcciónEstado de conservación

Diseño sismo resistente

RigidezResistenciaEstabilidad

Capacidad de absorción y disipación de energía

DEMANDA DE PROVISIÓN DE≤ECUACIÓN BÁSICA DE

DISEÑO

I.14

Generalidades(Continuación...)

Información requeridaSismo de Diseño:

Aquel, entre los que pueden ocurrir en el sitio, que conduce a la estructura a su respuesta crítica

Incertidumbres:Difícil predecir movimientos que no han ocurridoLa respuesta varía en función de :

ZonaFactor de intensidad o aceleración máxima del terreno

Se cuantifican mediante espectros:Espectro de movimiento del terrenoEspectro suavizado de respuesta lineal elástica

I.15

Generalidades(Continuación...)

Efecto de las condiciones geotécnicas locales

C

0 1 2 3 4 5Período, T (s)

Sa

0 1 2 3 4 5Período, T (s)

Sa

0 1 2 3 4 5Período, T (s)

Sa

A

B

I.16

Información requeridaDemanda:Cuantificación de la excitación y sus efectos sobre la estructura

Falta de sismos de diseño para los diversos estados límiteCarencia de modelos matemáticos que reflejen el estado total real de la estructuraAnálisis estructural:

TensionesDesplazamientosDeformaciones

Comportamiento histerético real

Incertidumbres:

Generalidades(Continuación...)

I.17

Generalidades(Continuación...)

Información requeridaProvisiones:Dimensionamiento y detallado de sistema estructural,

elementos, y conexiones

Cantidades diseñadas vs. cantidades construidasRelaciones complejas entre suelo y estructuraComportamiento no previsto de elementos no estructuralesRespuesta no lineal de elementos y conexiones

Incertidumbres:

I.18

Continúa en el archivo02-Sismología.ppt