fundamentos del análisis sísmico

1

Dr. Edgar Tapia Hernández

Fundamentos del

análisis sísmico

Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]

Fundamentos del Análisis Sísmico

Fundamentos del análisis sísmico

A. Propiedades estructurales relevantes

B. Incertidumbre en la demanda y resistencia

C. Definición de demandas sísmicas

D. Respuesta de las estructuras

2

Una estructura estará

sometida a lo largo de su

vida útil a la aplicación de

cargas externas

Producirán fuerzas

internas

Deformaciones en la

edificación y también en

los elementos que la

conforman

Anál

isis

est

ruct

ura

l



Propiedades estructurales relevantes



3

• Resistir sin daño sismos leves.

• Resistir sin daño estructural, aunque con algún tipo de

daño no estructural, los sismos moderados.

• Resistir sin colapso, aunque con daño estructural y no

estructural, en sismos intensos.

Objetivos del diseño sismo-resistente:



Propiedades estructurales relevantes



4

Objetivos del diseño estructural



La seguridad de la estructura diseñada se verificapara el efecto combinado de las acciones probables endos sentidos:

• Proporcionar comodidad a sus ocupantes,garantizando su operación y funcionalidad antecargas y deformaciones cotidianas.

• Diseñarse para garantizar la supervivencia desus ocupantes y contenidos, en caso de unevento extraordinario.



5

Estados límite

Es el estado máximo de daño aceptable para unaestructura considerando su importancia, operación yseveridad de la acción.

Estado límite de servicioEstado límite de falla



Estados límite

Es el estado máximo de daño aceptable para una

estructura considerando su importancia, operación y

severidad de la acción.

Estados límite

de servicio

Estados límite

de falla

Flecha

Distorsión

Vibraciones

Agrietamientos

Entre otros

Distorsión del colapso

Inestabilidad

Fatiga

Daño irreversible

Entre otrosDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


6

Deformaciones laterales



DistorsiónLa distorsión es la relación entre el desplazamiento del entrepiso i

y el desplazamiento del entrepiso siguiente i+1.



7

Periodo fundamental

El periodo natural está estrechamente relacionado con la rigidez

lateral del sistema.

w frecuencia natural de vibración



Periodo fundamental

Provisiones NERP-94. EU.

n es el número de pisos

(no considera sistema estructural)

Goel y Chopra, 1997

H es la altura del edificio

C= 0.035 edificios con marcos de acero

C= 0.025 edificios con marcos de concreto

armado



http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=1t7Ys096J21neM&tbnid=JYPmLcRhPvQ4OM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.forofantasiasmiguel.com/tm.aspx?m=40403&ei=FVqjU7DSEJKTqAaDtYDwDA&bvm=bv.69411363,d.b2k&psig=AFQjCNF5_IJynaNa_gNWZp4auvbSJhMN8A&ust=1403300740588831

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=1t7Ys096J21neM&tbnid=JYPmLcRhPvQ4OM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.forofantasiasmiguel.com/tm.aspx?m=40403&ei=FVqjU7DSEJKTqAaDtYDwDA&bvm=bv.69411363,d.b2k&psig=AFQjCNF5_IJynaNa_gNWZp4auvbSJhMN8A&ust=1403300740588831

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=sA3_95gihH5SpM&tbnid=mHD9V1LxswuF3M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.forofantasiasmiguel.com/tm.aspx?m=2454569&ei=WVujU-q_KIuXqAbbvICYAg&v6u=https://s-v6exp1-ds.metric.gstatic.com/gen_204?ip=148.206.91.180&ts=1403214660630767&auth=fwi3teekefjo3fcg4cyzghgvvkurjay7&rndm=0.9225885951783452&v6s=2&v6t=35883&bvm=bv.69411363,d.b2k&psig=AFQjCNGsb7ex5zfP4SrXYpq_q07GxkpzPA&ust=1403301060593289

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=sA3_95gihH5SpM&tbnid=mHD9V1LxswuF3M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.forofantasiasmiguel.com/tm.aspx?m=2454569&ei=WVujU-q_KIuXqAbbvICYAg&v6u=https://s-v6exp1-ds.metric.gstatic.com/gen_204?ip=148.206.91.180&ts=1403214660630767&auth=fwi3teekefjo3fcg4cyzghgvvkurjay7&rndm=0.9225885951783452&v6s=2&v6t=35883&bvm=bv.69411363,d.b2k&psig=AFQjCNGsb7ex5zfP4SrXYpq_q07GxkpzPA&ust=1403301060593289

8

Periodo fundamental

Goel y Chopra, 1997

H es la altura del edificio en pies

a= 0.016 y b= 0.90 para marcos momento

resistentes de acero

a= 0.028 y b= 0.80 para marcos momento

resistentes de concreto armado



Ejemplo

xi es el desplazamiento del nivel i relativo a la base de la estructura

en la dirección de la fuerza

g es la aceleración de la gravedad;

hn es la altura del edificio

Fi es la fuerza sísmica por entrepiso

Ct y x son dos coeficientes que dependen

del sistema estructural Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


9








El modelo tiene incertidumbre en resistencia y

demanda

La resistencia de diseño teórica puede variar en condiciones

reales Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


10



Estudio detallado de 1,603 m2 de una biblioteca y 362 m2

de una hemeroteca

El edificio fue construido en 1974 y está estructurado con

marcos momento-resistentes de concreto reforzado.


Acciones de diseño

RCDF-1966

11


Acciones de diseño

22

Descarga por intervalos del peso obtenido por los

muebles y las publicaciones

Biblioteca Hemeroteca


Acciones de diseño

¿Qué pasa con la carga de los usuarios?

12

23

La concentración temporal de los

usuarios y los muebles es diferente


Acciones de diseño

24

La carga viva:

- Podría ser mayor que la carga muerta

- Podría ser prácticamente constante. No se reduce ni se

suprime en un evento extraordinario.

La carga puede deslizarse o balancearse con lo que se

disipa la energía asociada a la fricción o al impacto.

Fuerzas

inerciales


Acciones de diseño

13

25

Funciones de distribución

Biblioteca Hemeroteca

Alta incertidumbre de la carga


Acciones de diseño

Acciones nominales ≤ Resistencia nominal



14

Alta incertidumbre en una excitación sísmica



Edificio sin

daño previo

Edificio

dañado

Edificio

restaurado

Prever las condiciones durante la vida útil



15








Acelerograma

Es una representación en el tiempo de la aceleración que

experimenta el suelo en un determinado punto durante un

terremoto.



16

Acelerograma

Las aceleraciones

se miden en

función de la

gravedad.



Acelerograma

¿Cuánto es 1.0 g de aceleración?

a=0.1 g

a=0.5 g

a=1.0 g



17

Espectro

Cuando la base de un edificio entra en vibración ésta se

trasmite a su estructura, que también comienza a vibrar.

En un sistema completamente rígido, la vibración del edificio

sería exactamente la misma que en la base.

En la realidad, el periodo de vibración

y las aceleraciones del suelo y

estructura son diferentes.Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


Espectros

de

aceleración

La forma del

espectro

depende de:

- La naturaleza del movimiento sísmico

- La trayectoria de las ondas hasta llegar al sitio de medición

- Los efectos de sitio (condición geológica local)Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


18

Espectro de aceleraciones

Los espectros de banda angosta

tienen una respuesta de magnitud

mucho más alta en alguno de los

periodos.

Los espectros de banda ancha

tienen una respuesta de magnitud

similar en una amplia banda de

valores de periodo.

a: aceleración

v: velocidad

r: posiciónDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


Dr. Edgar Tapia Hernández

[email protected]

Ingeniería Sísmica

Acciones accidentales. Sismo.

Combinaciones de carga.

19

Zonas con diferente respuesta

Definición del Sismo de DiseñoDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


Zonas con misma respuesta



20

Normas Técnicas

Complementarias para Diseño

por Sismo 2017p










21

Diseño sismo-resistente

Proveer capacidad resistente al sistema estructural evitando

el colapso.

Se permiten daños significativos ante sismos severos



Sistemas

de piso

Rigidez del

diafragma



22

Tensión diagonal

Sismo



Muros diafragma

Mampostería

confinada

Mampostería interiormente

reforzada

Mampostería no

reforzada

Tipos de mampostería



23

Influencia de aberturas





Muros confinados

Muros reforzados con dalas castillos

RefuerzoExterior

Interior

24



Muros confinados

Muros reforzados exteriormente



Muros confinados

Muros reforzados interiormente

25

Piso débil

Entrepiso cuya rigidez lateral (y

resistencia) es inferior a la de otros

entrepisos. También llamado piso blando

(discontinuidad).



Piso débil



[Videos]

26

Mampostería confinada

Relación entre la densidad de muros y

nivel de daño

• Daño asociado a hundimientos diferenciales

• Presencia de materiales pobres o deteriorados

• Insuficiencia de dalas y castillos

• Falta de mantenimiento (vigas y sistema de techo)

• Reducida cantidad de muros



Muros diafragma

• Existe incompatibilidad de

deformaciones

• Distribución asimétrica en planta

(torsión)



27

Ductilidad de marcos

Vigilar compatibilidad de deformación

con elementos estructurales, elementos

no estructurales y contenidos.



Columna corta

Se forma cuando se construye una

pared de altura parcial para ajustar

alguna ventana.

Confinamiento de la mampostería; el

muro restringe el desplazamiento de

la columna.Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


28

Influencia de los modos superiores

Suelo blando

Roca



Interacción suelo – estructura

El modelo incluye la forma como el

movimiento sísmico del

terreno afecta a la

estructura, a través de

la cimentación.



29

Interacción suelo – estructura

La influencia depende altamente de la

solución específica de cada caso



Centro de masa

Las fuerzas sísmicas se suponen

actuando al nivel de la losa.

Para ubicarlo, se procede de manera similar al

centroide del área, excepto que hay que ponderar la

contribución de cada porción con su masa.

M2A2

(x2, y2)

M1A1

(x1, y1)M3A3

(x3, y3)



30

Centro de cortante

Cada entrepiso debe diseñarse para resistir las fuerzas

sísmicas acumuladas desde la azotea hasta dicho entrepiso.

F4

F3

F2

F1

V4= F4

V3= F4+F3

V2= F4+F3+F2

Vb=V1= F4+F3+F2+F1

El punto donde se

aplica el cortante se

conoce como centro

de cortante.

F4

F3

V3



Irregularidad en masa y rigidez

C.R.

C.M.

El centro de masas es el punto

geométrico que dinámicamente se

comporta como si en él estuviera

aplicada la resultante de las fuerzas

externas al sistemaDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


http://www.google.com.mx/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=jEaEfFXai_DXEM&tbnid=XGrsao_RgXa_pM&ved=0CAgQjRw&url=http://coloreardibujo.com/mesa-para-colorear&ei=W1i8U-e7Lca78QH7nIGgBA&psig=AFQjCNH4LvCmN1MMz74KsG3gsR_7LxlTUg&ust=1404938715851805

http://www.google.com.mx/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=jEaEfFXai_DXEM&tbnid=XGrsao_RgXa_pM&ved=0CAgQjRw&url=http://coloreardibujo.com/mesa-para-colorear&ei=W1i8U-e7Lca78QH7nIGgBA&psig=AFQjCNH4LvCmN1MMz74KsG3gsR_7LxlTUg&ust=1404938715851805

31


Plantas sencillas Plantas complejas




Elevaciones sencillas Elevaciones complejas



32








Gracias


Edgar Tapia

fundamentos del análisis sísmico

Documents