sistemas const. complejos comportaamiento sismico y eolico de los edificios
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Comportamiento Eólico y Sísmico en Edificios
• Estudiantes: • Danaisis Melgar• Carmen Pinzón• Rosa Arenas• Rubén Domínguez• Alvaro Villarreal
Un movimiento sísmico es un movimiento vibratorio
producido por la pérdida de estabilidad de masas
de corteza.
Cuando el movimiento llega a la superficie y se
propaga por ésta le llamamos terremoto. Estas
pérdidas de estabilidad se asocian a los límites de
placas tectónicas.
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
Una forma de explicar el comportamiento sísmico de un edificio podría ser la experiencia del terremoto percibida desde un piso 20, con relación a la que se vivió en un segundo piso. Es normal que un edificio se mueva, tiene que hacerlo. A mayor altura, mayor oscilación.
las energías de un terremoto buscan escapar por alguna parte, y en ese instante las ondas suben y bajan por la construcción
La otra manera que tiene el sistema para devolver esa energía hacia el suelo es en una forma de radiación, y que la energía que subió ojalá se pueda disipar. Entonces si el terreno se quiere mover de una cierta manera, la estructura se va a menear en concordancia con ello.
El fenómeno de la ductilidad es básico en los diseños de las construcciones. Eso garantiza que el edificio trabaje en una forma elástica, y así no se producen rupturas frágiles.
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
FASES DEL MOVIMIENTO DE UN EDIFICIO
En un sismo las construcciones se ven sometidas a tres tipos de movimientos. Comienza como un péndulo, luego oscila arriba y abajo de forma contraria, para terminar con una vibración general
Estas fases del movimiento explicarían porqué en algunos edificios el daño se concentra en el centro de la torre o en los pisos bajos, mientras que en la parte superior la oscilación es más fuerte.
la ingeniería sísmica tiene que poner atención en la distancia con las torres vecinas, para evitar un choque entre ambas construcciones.
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
Estructura de acero.
Marcos rígidos. Marcos con riostras. Sistema de riostra escalonado.
Estructuras de hormigón armado Columna y losa actuando como marco. Muros y losa. Muros, losa y columnas.
Estructura compuesta Sistemas con muros de corte en el núcleo (compuesto). Sistemas con núcleo de muros (hormigón armado) y marco (acero). Sistemas de tubo (compuesto).
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
Solicitaciones Sísmicas Y Edificios Altos
Normalmente, en el diseño de edificios altos, las cargas por viento son las que controlan el diseño de la mayoría de los elementos estructurales que soportan cargas laterales.
Al aumentar la altura, también se aumenta la masa que participa de un sismo
Es necesario tener un control sobre los desplazamientos que suceden en la estructura para evitar daños en elementos no estructurales
DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS Sujetos a un planteamiento previo
(solución estructural que resista los esfuerzos)
También dependiendo de la región en que se construye (disponibilidad materiales)
Buscar elementos claves que faciliten el flujo de esfuerzos, agilicen la construcción, minimicen los costos, etc. Simetría
Edificio estructurado en base a marcos tendrá deformaciones mucho más grandesUn edificio estructurado en base a muro de corte o un marco con riostras es mucho más rígido que un marco espacial. Ver el sistema estructural como un todo, no individualmente
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
Métodos AntisismosEDIFICIOS SISMORESISTENTES
Se diseña y construye con la resistencia para soportar sismos frecuentes
PRINCIPIOS DE LA SISMORRESISTENCIA
Forma regular Bajo peso Rigidez y estabilidad Suelo firme Estructura Apropiada Materiales Competentes Capacidad de Disipar Energía Fijación de Acabados e Instalaciones
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOS
DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS ALTOSSISTEMAS ACTIVOS
Los sistemas activos de protección sísmica son sistemas complejos que incluyen sensores de movimiento, sistemas de control y procesamiento de datos, y actuadores dinámicos.
Los sistemas de protección sísmica activos han sido desarrollados en Estados Unidos y en Japón.
Estos sistemas han sido aplicados principalmente en Japón
SISTEMAS SEMI-ACTIVOS
Los sistemas semi-activos de protección sísmica, al igual que los activos, cuentan con un mecanismo de monitoreo en tiempo real de la respuesta estructural. A diferencia de los sistemas activos no aplican fuerzas de control directamente sobre la estructura.
SISTEMAS PASIVOS
Los sistemas pasivos permiten reducir la respuesta dinámica de las estructuras a través de sistemas mecánicos especialmente diseñados para disipar energía por medio de calor.
• Evitan que las energías sísmicas “penetre” en el edificio
• Se basan en la amortiguación de las ondas sísmicas
• Lo componen complejos mecanismos de elevado coste
DISIPACIÓN DE ENERGÍALos disipadores de energía, a diferencia de los aisladores sísmicos, no evitan que las fuerzas y movimientos sísmicos se transfieran desde el suelo a la estructura. Estos dispositivos son diseñados para disipar la energía entregada por sismos, fenómenos de viento fuerte u otras solicitaciones de origen dinámico, protegiendo y reduciendo los daños en elementos estructurales y no estructurales.Beneficios: aumentan el nivel de amortiguamiento de las estructuras, reduciendo los esfuerzos y deformaciones en ellas y sus contenidos. Limitaciones de uso: Algunos tipos de disipadores pueden requerir ser reemplazados parcial o totalmente luego de sismos excepcionalmente severos.
AISLACIÓN SÍSMICA
El diseño de estructuras con aislación sísmica se fundamenta en el principio de separar la superestructura de los movimientos del suelo o de la subestructura, a través de elementos flexibles en la dirección horizontal, generalmente ubicados entre la estructura y su fundación o a nivel del cielo del subterráneo. Sin embargo, existen casos donde se han colocado aisladores en pisos superiores.• Beneficios:Los dispositivos de aislación sísmica actúan como filtro del movimiento sísmico• Limitaciones de uso:Algunos tipos de aisladores, como el caso de los aisladores deslizantes, requieren ser revisados luego de sismos excepcionalmente severos.
COMPORTAMIENTO EÓLICO
Energía Eólica
• Las diferencias de presión y temperatura en la atmósfera, por la absorción de la radiación solar, son las que ponen en movimiento los vientos.
Comportamientos Eólico en Edificios
• La presión ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de la velocidad y debe ser calculada, principalmente, en las superficies expuestas de una estructura. Debido a la rugosidad de la tierra, la velocidad del viento es variable y presenta turbulencias.
Factores Que Inciden En Los Efectos Del Viento
• La ubicación de una edificación frente al embate de fuertes vientos pueden contribuir a acelerar la velocidad del viento y suscitar turbulencias que afectan tanto la sección frontal (muros a barlovento) como la sección posterior de la edificación (muros a sotavento)
DISEÑO DE EDIFICIOS TOMANDO EN CUENTA EL COMPORTAMIENTO EÓLICO
La presión que ejerce el viento sobre el sistema estructural es una función de la parte dinámica de la ecuación de Bernoulli, conocida como presión básica, que se ve modificada por una serie de factores, entre otros:
• La rugosidad del terreno: más irregular sea la superficie, menor será la velocidad, pero mayor la turbulencia.
• La altura de la edificación• La topografía del entorno• La importancia de la estructura• La direccionalidad del viento• La velocidad del viento• La turbulencia• Las aberturas en fachadas
DISEÑO DE EDIFICIOS TOMANDO EN CUENTA EL COMPORTAMIENTO EÓLICO
En el diseño, el viento es una acción accidental desde el punto de vista de las combinaciones de carga en que interviene y de los factores de carga que se deben adoptar.
Estas cargas dependen de:
• Ubicación de la estructura• De su altura• Del área expuesta• De la posición Para un terreno
muy liso
Centro de ciudades
La velocidad gradiente
DISEÑO DE EDIFICIOS TOMANDO EN CUENTA EL COMPORTAMIENTO EÓLICO
DISEÑO DE EDIFICIOS TOMANDO EN CUENTA EL COMPORTAMIENTO EÓLICO
• Cuando el libre flujo del viento se ve obstaculizado por un objeto fijo, tiene que desviarse para rodearlo, por lo cual produce presiones sobre el objeto.
• Cuando aumento la altura del edificio, y especialmente su esbeltez la acción del viento comienza a comprometer la estabilidad de las construcciones con igual intensidad que las cargas gravitacionales.
La presión dinámica producida por el viento es máxima en el centro de la fachada por simetría, este se llama punto de obstrucción y va disminuyendo en los bordes.
El conjunto se comporta como una ménsula empotrada en el suelo.La primera verificación es asegurarse la posibilidad de materializar el empotramiento de esa ménsula en el suelo. Esto es fundaciones y suelos aptos.
Diseño de Edificios tomando en cuenta el comportamiento eólico
Momento Volcador (Mv)
Está dado por la carga de viento multiplicada por la distancia entre su punto de aplicación y el plano de fundaciones.
Momento estabilizador (Me)
Este momento volcador debe ser equilibrado por un momento estabilizador que es el peso propio del edificio Pp por la distancia entre su recta de acción y el punto de giro a.