1.-Principios Diseño Sismo Resistente

7/25/2019 1.-Principios Diseo Sismo Resistente

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Sismo?

Ei=Ek+Ed+Es+EhEi: Energa introducida por el sismo,Ek: Energa cintica,Ed: Energa disipada por amortiguamiento viscosoEs: Energa deformacin elsticaEh: Energa disipada por amortiguamiento histrico.Por lo comn un sistema vibratorio incluye un medio para almacenar energa

potencial (elasticidad), un medio para conservar energa cintica ( masa o inercia) yun medio por el cual la energia se pierde (amortiguador)La energa cintica y de deformacin elstica no son disipativas, estas energas ingresan al

sistema y se intercambian segn sean los valores de la velocidad y del despla!amiento.La vibracin de un sistema implica la transformacin de su energa potencial en energacintica y de esta en energa potencial, de manera alterna. "i el sistema se amortigua, una

parte de su energa se disipa en cada ciclo de vibracin.

En el dise!o sismorresistente solo se puede controlar, dentro de cierto rango,la energa Eh, modi"icando la ductilidad de los elementos estructurales


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Sismo?


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Amortiguamiento

La energa vibratoria se convierte gradualmente en calor o sonido. #ebido a la reduccin de laenerga, la respuesta, como el despla!amiento del sistema, se reduce gradualmente. ELmecanismo mediante el cual la energa vibratorio se convierte gradualmente en calor o sonidose conoce como amortiguamientoEl amortiguamiento se define como la capacidad de un sistema o cuerpo para disiparenerga cinticaen otro tipo de energa. $picamente los amortiguadores disipan la energacintica en energa trmicay%o en energa plstica &e.g. atenuador de impactos'.

#mortiguamiento "luido. "e produce por la resistencia de un fluido al movimiento de unslido, siendo este viscoso o turbulento. En el amortiguamiento viscoso, la fuer!a deamortiguamiento es proporcional a la velocidad del cuerpo vibratorio

#mortiguamiento por histresis. (uando un material se deforma, absorbe o disipaenerga. El efecto se debe a la friccin entre planos internos, los cuales se resbalan o desli!ana medida )ue ocurren deformaciones ."e ocasiona por la friccin interna molecular ohistresis, cuando se deforma un cuerpo slido.

#mortiguamiento por "ricci$nseca. Es causado por la friccin cintica entre superficiesdesli!antes secas & '.

%a capacidad de disipar energa por amortiguamiento viscoso depende de

la velocidad &ue desarrolla en cada ciclo%a capacidad de disipar energa por amortiguamiento histertico (cadaciclo) depende de la de"ormaci$n, adherencia, "ricci$n y es"uer'os &ueactan sobre el material
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resishttp://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resishttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica


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Energa deformacin

*lgunos materiales e+hiben una relacin esencialmente lineal entre esfuer!os y deformaciones,como muestra la figura a y se denominan materiales linealmente elsticos.

tros materiales muestran alguna curvatura y en sus relaciones esfuer!o deformacin, como semuestra en la figura b- y se denominan materiales no linealmente elsticos.En ambos casos la curva de carga y de descarga es la misma.n tercer caso es el material inelstico, en el cual la descarga no ocurre siguiendo la mismatrayectoria de la carga y se presenta deformacin permanente, como muestra la figura c.El rea baa la curva es"uer'o*de"ormaci$n de cual)uier material )ue se lleva hasta la falla,es una medida de la capacidad del material para absorber energapor unidad de volumen,y se denomina tenacidad del material &toughness, en ingls'. Entre mayor sea el rea ba/o la

curva, el material tiene mayor tenacidad. Los materiales inelsticos muestran caractersticasespeciales cuando la carga no se aumenta monotnicamente hasta la falla. "e entiende porensayo monofnico a)uel en )ue se carga el material sin )ue haya inversin en el sentido de lasfuer!as aplicadas
http://../cupled/EQ_1.pps


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Incursionar en el rangoinelstico?

omportamineto elastico.b es la respuesta mxima.

El rea ABC bajo la curva representa laenerga potencial almacenada en la deflexinmxima.Cuando la masa retorna a la posicin cero,la energa se convierte en energa cintica.

omportamiento Elastoplsticoe representa la respuesta mxima.!a capacidad de la seccin limita!a energa potencial almacenada en la

deflexin mxima "ueda representada por elrea adef.

omportamiento elstico, toda la energa almacenada se devuelve como energade velocidad (cintica) en cada ciclo, en tanto &ue en la estructura elastoplstica

solo se devuelve parte de la energa
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Energa deformacin


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Disipacin de energa

Capacidad de disipacin de energa, es la capacidad "ue tiene un sistemaestructural, un elemento estructural, o una seccin de un elemento estructural, detrabajar dentro del rango inelstico de respuesta sin perder su resistencia. #ecuantifica por medio de la energa de deformacin "ue el sistema, elemento oseccin es capa$ de disipar en ciclos %isterticos consecutivos. Cuando %acereferencia al sistema de resistencia ssmica de la edificacin como un todo, sedefine por medio del coeficiente de capacidad de disipacin de energa &. El gradode capacidad de disipacin de energa se clasifica como especial '(E#), moderado

'(*+), mnimo '(*-).Coeficiente de capacidad de disipacin de energa, R, Coeficiente "ue seprescribe para cada sistema estructural de resistencia ssmica, cuo valor dependedel tipo de sistema estructural "ue se utili$a en el sistema, Es una medida de lacapacidad de disipacin de energa general del sistema de resistencia ssmicacuando los movimientos ssmicos %acen "ue responda inelsticamente


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Diagrama momentocurvatura


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El diagrama momento-

curvatura muestra los

estados por los que ha

paso la viga..

= ( / y) = [ / E ] / y

= [(My / I) / E] / y

= M / ( E I )

Inicio de la fluencia

C Cargas de

servicio

B Agrietamiento

iagrama momento curvatura

Curvatura (radianes)

M

o

m

e

o

M

o

m

)

E Falla

A

ds

Eje neutro


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Diagrama momento curvatura-infuencia del reuerzo transversal


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ncrementar cu, mediante el confinamiento del concreto.

Disminuir profundidad del eje neutro, mediante el incremento de refuerzo negativo.

Disminuir el limite de fluencia del acero

Aumentar modulo de elasticidad del acero.

Incrementar peralte efectivo


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!a carga axial influe en la curvatura, no %a una diagrama

momento curvatura para una seccin dada de columna.

Diagrama momento curvatura- columnas


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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Ductilidad


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#e define como la capacidad de incursionar en el rango inelstico sin perdida de

resistencia

Carga %ori$ontal gradualmente creciente 'en el comportamiento se distinguen tres etapas

diferentes

Etapa a Comportamiento elstico, el despla$amiento %ori$ontal es proporcional a la

carga %ori$ontal.

Etapa b para cierto valor de carga una seccin agota su resistencia se plastifica, de all

en adelante eta seccin gira libremente sin absorber mas carga. En este instante se

calcula el despla$amiento en la parte superior, /, el giro en la seccin "ue se %a

plastificado, 0.

Etapa c al incrementarse nuevamente la carga, la estructura no colapsa las otras

secciones empie$an a plastificarse %asta "ue se forma el mecanismo de colapso de la

estructura, en este instante se calcula el despla$amiento en la parte superior de la

estructura, /u, el giro final de la seccin "ue primero se plastifico, 0u.

Ductilidad


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( )

( )121

2

141

+=

=

+=

v

v

vp

v

p

l

h

hl

l

l

-elaci$n entre la ductilidad de un elemento y ductilidad de una secci$n

Ductilidad


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( )

( )121

2

161

+=

=

+=

c

c

cp

c

p

l

h

hl

l

l

-elaci$n entre la ductilidad de entre piso y ductilidad de la secci$n

( )

( )12

31

2

131

+=

=

+=

c

v

vp

c

p

l

h

hl

l

l

Ductilidad


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( )

( )131

2

16

1

+=

=

+=

c

c

c

p

c

p

l

h

n

h

l

l

l

n

-elaci$n entre la ductilidad global y la ductilidad de la secci$n critica

Ductilidad


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Comportamiento de vigascontinuas

!a carga se incrementa desde cierto valor %asta el mximo "ue pueda soportar la viga.

!os momentos aumentan proporcionalmente con la carga 1 cuando la rigide$ relativa

entre elementos adacentes permanece constante.

Al aumentar la carga la magnitud de los momento se incrementa proporcionalmente se

mantienen las diferencia relativas.

Esta proporcin se mantiene %asta "ue alguna seccin alcance su mxima capacidad

'momento "ue genera la fluencia del acero en tensin).

#e forma la primera articulacin plstica, la seccin no falla, la seccin gira sin perder

resistencia


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El tramo BC se comporta como como si fuera simplemente apoado, pero con capacidad

de soportar aun ms carga.

Al incrementar la carga los otros momento se incrementan, %asta "ue otra seccinalcance su momento de fluencia.

E! segundo tramo se transforma en un mecanismo la viga colapsa.


2ugando con el refuer$o, se pueden definir los momentos resistentes de estas seccionesde manera "ue se obtenga la secuencia de articulaciones deseada. E! criterio de

ingeniera, con manipulacin de los factores de seguridad, define cual es mecanismo de

falla mas conveniente para la estructura, los resultados del anlisis elstico sirven solo

como orientacin para esta decisin.


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3ara la viga se asume 14 5ton6m, !748m, !94:m, fc497;


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!as secciones "ue se desean mantener elsticas ' A !7) se disean con factor de

seguridad de 7.=

!a seccin del apoo B se disea con un factor de seguridad de 7.;; 'se condiciona la

formacin de la primera articulacin plstica).

3ara la seccin en ( se toma un factor de seguridad de 7.9 'segunda articulacin

plstica).



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Cuando se incrementa el valor de 1, la primera seccin "ue agotara su resistencia es la

del apoo B, menor factor de seguridad.

Como los momentos son proporcionales a las carga, la carga 7 "ue agota la capacidadde resistencia del apoo B ser 747.;7=145.;=ton6m. Cuando la carga se incrementa

la seccin B gira sin tomar mas momento.

3ara la carga 745.;= ton6m las otras secciones permanecen en el rango elstico.



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#e incrementa la carga %asta agotar la resistencia de la siguiente seccin

!a siguiente articulacin plstica se generar en a"uella seccin "ue tiene el menor factor

se seguridad.E! incremento de carga "ue genera la articulacin plstica en la seccin seleccionada es

;.55 ton6m,

!a carga total "ue puede soportar el sistema es 5.5D on6m



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En una estructura de concreto e.isten ciertas relaciones "iadas por la esttica

&ue determinan la resistencia, y puede proporcionarse la resistencia &ue se

desee alcan'ar suministrndole a las secciones individuales capacidadesdi"erentes, de manera &ue proporcionen el modo de "alla mas conveniente/ as

&ue si la estructura alcan'a el mecanismo de "alla, llegara al menos

des"avorable, uno &ue de lugar a una "alla dctil, &ue sea capa' de disipar

energa y &ue no ocasione un colapso/ entonces a travs de la manipulaci$n de

las resistencias individuales de las secciones se puede proporcionar el

mecanismo de "alla mas conveniente



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Filosoa de diseo ssmico

#i en el prtico "ue se muestra se asume "ue se conoce exactamente las cargas laterales

su distribucin, entonces, como resultado del anlisis elstico se obtiene cierto

diagrama de momentos, tanto en vigas como en columnas. A partir de estos momentoselsticos se pueden obtener tres comportamientos extremos.


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a.F En vigas columnas seproporciona exactamente

la resistencia demanda por

el anlisis elstico.

#i se incrementa las

cargas, los

despla$amientos los

momentos se incrementan

%asta "ue todas las

secciones fluen de

manera simultanea,

formndose un mecanismo

de falla


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b.F #e proporciona a las vigas una resistencia maor a las demandada por el anlisis elstico

' por ejemplo un 9;G) a las columnas se les proporciona exactamente la resistencia

demandada. Al aumentar las cargas las vigas permanecen en el rango elstico para cierto

nivel de carga se forman las articulaciones plsticas en las columnasH basta "ue se formen

articulaciones en un entrepiso para "ue la estructura se vuelva inestable


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c.F #e proporciona a las vigas una resistencia

exactamente igual a la "ue indica el anlisis elstico,

a las columnas se les suministra una resistencia maorde la "ue esta demandada '9; G o mas)

Al incrementarse las cargas, cuando los momentos

en las vigas alcancen su valor de fluencia, se formaran

articulaciones plsticas en sus extremosH si a todas se

proporciona igual resistencia a la re"uerida por el

anlisis elstico, las articulaciones plsticas se

formaran simultneamente, caso contario las

articulaciones se presentaran de modo secuencial de

acuerdo con la resistencia suministrada. Esto no "uiere

decir "ue se forme un mecanismo de falla, pues las

columnas "uedan como barras en voladi$o ,

finalmente, para "ue la estructura colapse se tienen

"ue formara articulaciones plsticas en las bases de las

columnas


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ICul de los tres tipos de mecanismo de falla es le mas ventajoso desde el punto de vista

del comportamiento ssmico de estructurasJ

A maor numero de articulaciones plsticas maor capacidad de disipar energa, menordisipacin individual en cada una de las articulacionesH la disipacin se reparte entre

muc%as articulaciones se re"uiere menor demanda de ductilidad local.

El mecanismo de falla debe involucrar los elementos "ue tengan maor capacidad der

rotacin.

!o "ue interesa es "ue la ductilidad global de la estructura alcance cierto valor, u, esto

es, "ue el despla$amiento, medido en el nivel superior, se m veces el valor

correspondiente al de la formacin de la primera rearticulacin platica, d. ICuntas

veces se necesita exceder la rotacin de fluencia en la primera articulacinJ


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ICuntas veces se necesita exceder la rotacin de fluencia en la primera articulacinJ.

En la maora de las norma actuales se emplean valores de ductilidad despla$amiento de

= "ue generan demanda de ductilidad local de entre ? 7:En el mecanismo de columna para alcan$ar cuatro veces la deformacin de fluencia

global se necesita un factor de ductilidad de 79: en la articulacin mas critica '"ue rote

79: ves la rotacin de giro de fluencia)

En el mecanismo de viga, para "ue la estructura alcance cuatro veces su deformacin de

fluencia global, se necesita "ue la seccin mas critica tenga oc%o veces la deformacin de

fluencia, es decir el doble.


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( )161 += c

p

ll

n


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Diseo sismo resistente

(onsideraciones sobre resistencia de los miembros

Es necesario evaluar los limites superior e inferior de resistencia de los componentesestructurales.

!as estructuras reales contienen variaciones en las resistencias del concreto el acero

respecto a los valores especificados,

Ka desviaciones inevitables en las medidas especificadas debido a las tolerancias

constructivas

#e plantean suposiciones en la deduccin de las ecuaciones

L+ E# 3+#-B!E CA!CM!A& C+L EAC-M( !A &E#-#ELC-A &EA! (E MLA E#&MCM&A.


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&esistencia ideal '#i) #e obtiene tericamente prediciendo el comportamiento de la falla dela seccin utili$ando la geometra supuesta de esta de las resistencias especificadas de los

materiales.

&esistencia Confiable'#d4f#i) A"uella similar a la anterior pero en la "ue se %an introducido

los factores de seguridad "ue representan la variabilidad de los materiales valide$ de las

%iptesis. 3or ejemplo, en el caso de la flexin de una seccin de viga de concreto armado,

*u4 As.f 'dFa69).

&esistencia probable'#p4fp#i) En su calculo se toma en consideracin "ue la resistencia de

los materiales generalmente son maores "ue las resistencias especificas.

#obre resistencia '#o4fo#i) #e toma en cuenta todos los factores "ue pueden provocar

aumentos de resistenciaH una resistencia mas elevado del acero, una resistencia mas

elevada del concreto, tamaos de secciones mas grandes "ue las especificadas, compresinaxial en los miembros a flexin debida a restriccin lateral, refuer$o adicional para fines

constructivos "ue no se toma en cuenta en los clculos.


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&elacin entre las resistencias El mas alto nivel de proteccin para asegurar "ue el componente A, "ue recibe carga del

componente B, no falle antes de "ue se desarrolle la resistencia de la componente B, se

obtiene cuando la resistencia confiable de la componente A excede la sobre resistencia de la

componente B, #dAN#oB. !a relacin #iAN#oB, proporciona un nivel mas bajo de proteccin

la relacin #pAN#oB, proporciona un nivel todava mas bajo de proteccin.


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#ise0o por capacidad

El comportamiento de un sistemaestructural puede representarse

mediante una cadena. oda cadena se

rompe por el eslabn ms dbil. 3ero si

ese eslabn ms dbil es diseado

expresamente para "ue antes de

romperse se comporte como si fuera

dOctil, entonces toda la cadena se

comportar como dOctil.


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Est basada en el simple modelo de unacadena en "ue se %a escogido un eslabn

dbil, pero %ec%o extremadamente dOctil, para

asegurar "ue cuando la cadena es estirada al

mximo slo este eslabn dOctil se deformar

o fluir se comportar

como inelstico, mientras "ue todos los otros

eslabones, teniendo alguna resistencia

adicional se mantendrn elsticos por

consiguiente pueden ser frgiles, pero la

cadena como un todo no tendr una falla frgil


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!a fuer$a "ue se aplica a todos los eslabones de la cadena es la misma, por consiguiente sise provee a los eslabones frgiles con una resistencia maor "ue la mxima o resistencia

real, se consigue una cadena dOctil "ue resiste la fuer$a aplicada.

!as diferentes solicitaciones sobre los elementos de una estructura se representan por los

eslabones de la cadena. !a cadena est constituida por eslabones frgiles por un eslabn

dOctil. #e conoce "ue la falla a la fuer$a cortante es frgil, mientras "ue la resistencia a la

flexin puede ser dOctil, si se disea respetando ciertas condiciones 'cuanta limitada,

confinamiento, etc). 3or tanto, es deseable "ue la resistencia al corte sea maor "ue la

resistencia a la flexin. En la cadena, los eslabones frgiles representan la resistencia al corte

en los distintos elementos de la estructura, mientras "ue el eslabn dOctil representa la

resistencia a la flexin


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3rocedimiento#eleccionar mecanismo de falla deseado 'falla dOctil)

Calcular la cantidad de refuer$o ' flexin, flexo compresin)

(etallar la distribucin del refuer$o, empalmes, estribos de confinamiento, etc. para

obtener una respuesta dOctil.

(eterminar la resistencia probable sobre la base de los esfuer$o realmente colocados. !a

resistencia probable es maor "ue la resistencia de diseo

(eterminar la carga externa necesaria para producir la resistencia probable.


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0ormular una erar&ua en la resistencia de los componentes del sistemaestructural para permitir la "ormaci$n de una mecanismo de de"ormaci$n

plstica/ se evita as la ocurrencia de "allas "rgiles Para ello, se

selecciona ciertos componentes, los cuales son dise!ados y detallados

para disipar energa en "orma dctil y estable En estas 'onas criticas el

sismo induce de"ormaciones plsticas por "le.i$n y se evitan otrosmecanismos de "alla mediante un incremento de la resistencia asignada

1odos los otros componentes se protegen de la posibilidad de "alla

asignando una resistencia mayor &ue la correspondiente el desarrollo de

la m.ima resistencia esperada en las potenciales regiones de

plasti"icaci$n

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