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RESPUESTA SÍSMICARESPUESTA SÍSMICA

UNIVERSIDAD DEL VALLEUNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE ARTES INTEGRADASFACULTAD DE ARTES INTEGRADAS

ESCUELA DE ARQUITECTURAESCUELA DE ARQUITECTURADEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍADEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA

ESTRUCTURAS IIESTRUCTURAS II

ING. GUSTAVO ADOLFO VARGAS HERNÁNDEZING. GUSTAVO ADOLFO VARGAS HERNÁNDEZCALI – COLOMBIA, 2008CALI – COLOMBIA, 2008

RESPUESTA RESPUESTA SÍSMICASÍSMICA

REFERENCIAS:REFERENCIAS:

•Presentaciones Ing. Arq. Diego Gómez.Presentaciones Ing. Arq. Diego Gómez.

•Presentaciones Ing. Mauricio Domínguez.Presentaciones Ing. Mauricio Domínguez.

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OBSERVE EL SIGUIENTE VIDEOOBSERVE EL SIGUIENTE VIDEO¿Cuál barra se moverá más?¿Cuál barra se moverá más?

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DESCRIBA Y EXPLIQUE, DESCRIBA Y EXPLIQUE, POR ESCRITO, EL POR ESCRITO, EL

COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO OBSERVADO EN EL OBSERVADO EN EL

VIDEOVIDEO

PERIODO NATURALPERIODO NATURAL((ver video)

Resonancia (Resonancia (ver video)

SUELO DURO vs SUELO BLANDOSUELO DURO vs SUELO BLANDO¿cuál de los modelos tendrá ¿cuál de los modelos tendrá

mayores movimientos?mayores movimientos?

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Las ondas sísmicas atraviesan las capas terrestres, transmitiéndose a través del suelo hasta llegar a la

superficie

PRINCIPIOS DE SISMOLOGIA

EFECTO SÍSMICO LOCAL (efecto de sitio)

Adaptado porOSSO 2002

¿QUÉ DETERMINA LA ¿QUÉ DETERMINA LA RESPUESTA SÍSMICA DE LAS RESPUESTA SÍSMICA DE LAS

ESTRUCTURAS?ESTRUCTURAS?

¿QUÉ ES LO QUE ¿QUÉ ES LO QUE DETERMINA LA RESPUESTA DETERMINA LA RESPUESTA

DE LAS ESTRUCTURAS?DE LAS ESTRUCTURAS?

EXCITACIÓNEXCITACIÓN

BASE ROCABASE ROCA =>=> ONDAONDA

SUELOSUELO =>=> ESTRATOS ESTRATOS DUREZADUREZA

PARÁMETROS DINÁMICOS DE LA ESTRUCTURAPARÁMETROS DINÁMICOS DE LA ESTRUCTURA

PERIODO DE VIBRACIÓN = f (h, K, m)PERIODO DE VIBRACIÓN = f (h, K, m)AMORTIGUAMIENTOAMORTIGUAMIENTO

Efecto de sismosEfecto de sismos((ver video)

Efecto de sismosEfecto de sismos

Modos de vibraciónModos de vibración

Desplazamientos Desplazamientos horizontaleshorizontales

Desplazamientos Desplazamientos verticalesverticales

Efecto TorsionalesEfecto Torsionales

Efecto de RigidezEfecto de Rigidez

DESDE EL PUNTO DE VISTA ESTRUCTURAL, LOS CONCEPTOS DE CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE RIGIDECES SON ESENCIALES AL MOMENTO DE DISEÑAR UN SISTEMA DE ESTRUCTURAL PARA UNA EDIFICACION.

ES EL PUNTO DONDE PODEMOS ENCONTRAR CONCENTRADAS LAS MASAS DEL EDIFICIO, ES DECIR SU CENTRO DE EQUILIBRIO. EN GENERAL ESTE CENTRO DE MASAS ESTA MUY CERCANO AL CENTRO GEOMETRICO DE LAS LOSAS ESTRUCTURALES.

CENTRO DE MASAS

LA MASA DEL EDIFICIO ESTA GENERADA BASICAMENTE POR EL PESO PROPIO DEL MISMO Y EN MENOR GRADO POR LA CARGA VIVA QUE SOPORTA, PUES POR TRATARSE EL SISMO DE FUERZAS INERCIALES ESTAS ULTIMAS HASTA CIERTO PUNTO SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL SISMO. Edificación de masa superior apoyada sobre pórticos flexibles

AQUÍ, DEBE RECORDARSE LA FAMASA FORMULA DE NEWTON, F = M x a, DONDE EN ESTE CASO LAS FUERZAS SISMICAS NACEN DE LA MASA DE LA EDIFICACION Y DE LA ACELERACION DE SU MOVIMIENTO.

Al desplazarse el suelo arrastra Al desplazarse el suelo arrastra consigo la cimentación del consigo la cimentación del edificio (como se mueva el suelo edificio (como se mueva el suelo se moverá la cimentación) se moverá la cimentación) mientras las masas de los mientras las masas de los niveles que se encuentran por niveles que se encuentran por encima del terreno y que se encima del terreno y que se concentran en los entrepisos se concentran en los entrepisos se quedan rezagadas por la quedan rezagadas por la flexibilidad de la estructura, flexibilidad de la estructura, deformándola. deformándola. La edificación pasa de un estado La edificación pasa de un estado de reposo a un movimiento de reposo a un movimiento vibratorio , sus masas sufren vibratorio , sus masas sufren desplazamientos y desplazamientos y aceleraciones a uno y otro lado aceleraciones a uno y otro lado de la vertical.de la vertical.Todo cuerpo tiende a conservar Todo cuerpo tiende a conservar el estado de reposo o de el estado de reposo o de movimiento en el que se movimiento en el que se encuentra, lo que se conoce encuentra, lo que se conoce como Inercia. Al adquirir como Inercia. Al adquirir movimiento las masas se movimiento las masas se desarrollan fuerzas de carácter desarrollan fuerzas de carácter inercial,inercial,

Edificación de masa superior apoyada sobre pórticos flexibles

COMO NO SABEMOS QUE TAN FUERTE, O ACELERADO, SEA UN SISMO, SE INSISTE EN LOGRAR, CADA VEZ MAS, EDIFICIOS CUYA MASA SEA MENOR.

ES DECIR MÁS LIVIANOS…

ES EL PUNTO IDEAL DONDE EL EDIFICIO, TEÓRICAMENTE, CONCENTRA SU RIGIDEZ.

LA RIGIDEZ ES LA PROPIEDAD QUE LE PERMITE OPONERSE A LA DEFORMACIÓN HORIZONTAL QUE LE OCASIONAN LAS FUERZAS SÍSMICAS.

EL CENTRO DE RIGIDECES DEPENDE ENTONCES DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN.

CENTRO DE RIGIDECES

LA RIGIDEZ DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEPENDE TANTO DE LOS MATERIALES CON QUE ESTEN CONSTRUIDOS Y SUS RESPECTIVOS MODULOS DE ELASTICIDAD COMO DE LA DIMENSION Y FORMA GEOMÉTRICA DE LOS MISMOS Y SU RELACION DE ESBELTEZ.

EN GENERAL UN ELEMENTO SERA MÁS RÍGIDO ENTRE MÁS CORTO SEA, SIN EMBARGO ESTO NO LO HACE MAS RESISTENTE...

EL CENTRO DE RIGIDEZ DEL EDIFICIO, DEPENDE DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS QUE GENEREN ESTA RIGIDEZ, TALES COMO COLUMNAS, MUROS Y MAMPOSTERIA.

EL CENTRO DE RIGIDEZ ES UNA MEDIDA DE QUE PARTE DEL EDIFICIO ES MÁS RESISTENTE A LOS DESPLAZAMIENTOS GENERADOS POR UN SISMO.

CM

CR

Por ejemplo, una losa regular, cuyo centro de masas es concéntrico (1), puede tener un centro de rigideces más o menos central (2), o de acuerdo con la distribución de los muros, desplazado hacia un costado (3)

1 2 3

EN TERMINOS GENERALES, EL CENTRO DE MASAS ES EL PUNTO DONDE LAS FUERZAS DEL SISMO ACTUAN.

Y EL CENTRO DE RIGIDECES EL PUNTO DONDE EL EDIFICIO PUEDE RESPONDER U OPONERSE A ESTAS

FUERZAS ...

CENTRO DE MASAS CENTRO DE RIGIDECES

SI EL CENTRO DE RIGIDEZ Y EL CENTRO DE MASA NO COINCIDEN, LA FUERZA HORIZONTAL DEL SISMO PRODUCIRÁ UN MOMENTO DE TORSIÓN ALREDEDOR DEL EJE DE ROTACIÓN DEL EDIFICIO.

EN RESUMEN, ES IDEAL QUE EXISTA LA COINCIDENCIA ENTRE EL CENTRO DE MASAS Y EL CENTRO DE RIGIDECES, PUES DE ESTA MANERA LAS FUERZAS CONTRARIAS Y COLINEALES DE ACCIÓN (GENERADAS POR EL SISMO), Y DE REACCIÓN (GENERADAS POR LA RIGIDEZ DE LA ESTRUCTURA) PUEDEN CONTRARESTARSE FÁCILMENTE.

SIN EMBARGO EN LA PRÁCTICA ES IMPOSIBLE QUE ELLO SUCEDA CON CERTEZA, POR LO QUE LAS ESTRUCTURAS MANEJAN SIEMPRE UN PORCENTAJE DE SEGURIDAD QUE CONTEMPLE ESTAS VARIACIONES.

LO POSITIVO DE ESTA COINCIDENCIA ES QUE PERMITE A LAS ESTRUCTURAS TRABAJAR A FLEXIÓN, UN ESFUERZO MAS FÁCIL DE CONTROLAR QUE LA TORSIÓN QUE SE PRESENTA CUANDO ESTOS

CENTROS NO COINCIDEN.

ES DECIR, CUANDO ESTA COINCIDENCIA NO SE DA, EL EDIFICIO DEBE SOPORTAR MOMENTOS TORSORES EN TORNO A SU EJE, LOS CUALES SON TRANSMITIDOS A LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES, QUE SE VEN FUERTEMENTE

ESFORZADOS Y TIENEN MÁS POSIBILIDAD DE FALLAR.

LAS IRREGULARIDADES DE LAS EDIFICACIONES TANTO EN PLANTA COMO EN ALZADA, GENERAN TAMBIÉN IRREGULARIDAD EN LAS RIGIDECES QUE AFECTAN LA RESPUESTA DEL EDIFICIO ANTE UN SISMO, GENERANDO LOS MENCIONADOS MOMENTOS TORSORES HACIA SUS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

CM

CR

CM

CONTEMPLANDO ESTO, LAS NORMAS SISMORESISTENTES INCLUYEN UNA NUEVA DISPOSICIÓN QUE AFECTA A LOS EDIFICIOS QUE PRESENTEN DIFERENTES GRADOS DE IRREGULARIDAD TANTO EN PLANTA COMO EN ALZADA, DE MANERA QUE EL PROYECTO SE VE “CASTIGADO” EN SU DISEÑO ESTRUCTURAL Y POR LO TANTO RESULTA MUCHO MÁS COSTOSO DE CONSTRUIR, SIN DECIR POR ELLO QUE FUNCIONE MEJOR. POR LO TANTO ESTE EFECTO DEBE EVITARSE A TODA COSTA, CON SOLUCIONES COMO DIVIDIR LA EDIFICACION EN PARTES MAS REGULARES O EN GENERAL LAS QUE PERMITAN REGULARIZAR SU ESTRUCTURA EN CUANTO A MASAS Y RIGIDECES.

EDIFICIOS CON CONFIGURACION IRREGULAR QUE DEBERIAN EVITARSE

Separación del edificio con junta Separación del edificio con junta sísmicasísmica

ANTE ESTO EL ARQUITECTO DEBE SER CONCIENTE QUE LA CONFIGURACIÓN ARQUITECTÓNICA DEFINE AMPLIAMENTE LA RESPUESTA QUE SU EDIFICIO PRESENTE ANTE UN SISMO; Y QUE EN CASO DE DEFICIENCIAS EN LA MISMA, LA PARTICIPACIÓN DE UN INGENIERO CIVIL CALCULISTA UNICAMENTE SE LIMITARA A DEFINIR LOS MATERIALES Y RESISTENCIAS QUE INTENTEN RESOLVER LO MEJOR POSIBLE UNA DISPOSICIÓN ESTRUCTURAL CON FALLAS DESDE SU CONCEPCIÓN ARQUITECTÓNICA.